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DE102018001505A1 - Method for machining a workpiece by means of an articulated robot - Google Patents

Method for machining a workpiece by means of an articulated robot Download PDF

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DE102018001505A1
DE102018001505A1 DE102018001505.0A DE102018001505A DE102018001505A1 DE 102018001505 A1 DE102018001505 A1 DE 102018001505A1 DE 102018001505 A DE102018001505 A DE 102018001505A DE 102018001505 A1 DE102018001505 A1 DE 102018001505A1
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DE
Germany
Prior art keywords
workpiece
working head
machining
work spindle
machining tool
Prior art date
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Pending
Application number
DE102018001505.0A
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German (de)
Inventor
Harald Sehrschön
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fill GmbH
Original Assignee
Fill GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from ATA50158/2017A external-priority patent/AT519718B1/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels dem Knickarmroboter (1). Der Knickarmroboter (1) umfasst: eine Basis (2), eine Arbeitskopfaufnahme (7), mehrere Hebelarme (3), welche zwischen der Basis (2) und der Arbeitskopfaufnahme (7) angeordnet sind, wobei die Hebelarme (3) mittels Drehgelenken (4) miteinander gekoppelt sind, ein Arbeitskopf (8), welcher an der Arbeitskopfaufnahme (7) angeordnet ist, wobei der Arbeitskopf (8) eine in einem Spindelgehäuse (13) angeordnete Arbeitsspindel (9) umfasst, welche zumindest an einer ersten Lagerstelle (14) und einer zweiten Lagerstelle (15) im Spindelgehäuse (13) gelagert ist. Mittels einem Vibrationssensor werden die Eigenfrequenzen des zu bearbeitenden Werkstückes ermittelt.

Figure DE102018001505A1_0000
The invention relates to a method for processing a workpiece by means of the articulated robot (1). The articulated robot (1) comprises: a base (2), a working head receptacle (7), a plurality of lever arms (3) which are arranged between the base (2) and the working head receptacle (7), wherein the lever arms (3) by means of hinges ( 4) are coupled together, a working head (8), which is arranged on the working head receptacle (7), wherein the working head (8) in a spindle housing (13) arranged working spindle (9), which at least at a first bearing point (14 ) and a second bearing (15) in the spindle housing (13) is mounted. By means of a vibration sensor, the natural frequencies of the workpiece to be machined are determined.
Figure DE102018001505A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes mittels einem Knickarmroboter.The invention relates to a method for processing a workpiece by means of a articulated robot.

Aus dem Stand der Technik sind Knickarmroboter bekannt, die einen Arbeitskopf mit einer in einem Spindelgehäuse aufgenommenen Arbeitsspindel aufweisen. In der Arbeitsspindel ist ein Bearbeitungswerkzeug gespannt. Durch Andrücken des Bearbeitungswerkzeuges an das zu bearbeitende Werkstück wird eine Kraft auf den Knickarmroboter ausgeübt durch welche sich der Knickarmroboter geringfügig verformt. Durch die Verformung des Knickarmroboters werden Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung des Werkstückes hervorgerufen.Knickarmroboter are known from the prior art, which have a working head with a recorded in a spindle housing work spindle. A machining tool is clamped in the work spindle. By pressing the machining tool to the workpiece to be machined, a force is exerted on the articulated robot by which the articulated robot is slightly deformed. The deformation of the articulated robot causes inaccuracies in the machining of the workpiece.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen verbesserten Knickarmroboter, sowie ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved articulated robot, as well as an improved method for machining a workpiece.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.This object is achieved by an apparatus and a method according to the claims.

Insbesondere ist ein Knickarmroboter ausgebildet. Der Knickarmroboter umfasst: eine Basis, eine Arbeitskopfaufnahme, mehrere Hebelarme, welche zwischen der Basis und der Arbeitskopfaufnahme angeordnet sind, wobei die Hebelarme mittels Drehgelenken miteinander gekoppelt sind und wobei pro Drehgelenk zumindest ein Stellmotor ausgebildet ist, welcher zur Verstellung des Winkels zwischen den beiden mittels dem betreffenden Drehgelenk gekoppelten Hebelarmen dient, ein Arbeitskopf, welcher an der Arbeitskopfaufnahme angeordnet ist, wobei der Arbeitskopf eine in einem Spindelgehäuse angeordnete Arbeitsspindel umfasst, welche zumindest an einer ersten Lagerstelle und einer zweiten Lagerstelle im Spindelgehäuse gelagert ist, eine Recheneinheit, welche zur Steuerung der Stellmotoren dient.In particular, an articulated robot is formed. The articulated robot comprises: a base, a working head receptacle, a plurality of lever arms which are arranged between the base and the working head receptacle, wherein the lever arms are coupled to each other by means of pivot joints and wherein at least one servomotor is formed per hinge, which means for adjusting the angle between the two means The working head, which is arranged on the working head receptacle, wherein the working head comprises a work spindle arranged in a spindle housing, which is mounted at least at a first bearing point and a second bearing point in the spindle housing, a computing unit, which for controlling the Servomotors used.

Weiters kann vorgesehen sein, dass an der ersten Lagerstelle und an der zweiten Lagerstelle jeweils zumindest ein Sensor zur Erfassung einer Radialkraft ausgebildet ist. An zumindest einer der beiden Lagerstellen ist zumindest ein Sensor zur Erfassung einer Axialkraft ausgebildet.Furthermore, it can be provided that at least one sensor for detecting a radial force is respectively formed at the first bearing point and at the second bearing point. At least one of the two bearing points at least one sensor for detecting an axial force is formed.

Von Vorteil an dieser Ausbildung des Knickarmroboters ist, dass durch die Anordnung der Sensoren direkt in den Lagerstellen, auf das Bearbeitungswerkzeug wirkende Axialbelastungen, Radialbelastungen sowie Biegemomente erfasst werden können. Darüber hinaus weisen Sensoren welche an den Lagerstellen angeordnet sind, eine hohe Erfassungsgenauigkeit auf, da auftretende Kräfte möglichst direkt gemessen werden können. Die Masse und damit auch die Massenträgheit der zwischen dem Kraftangriffspunkt (Toolcenterpoint) und den Sensoren zwischenliegenden Teile ist sehr gering, da es sich hier nur um das Bearbeitungswerkzeug selbst und um die Arbeitsspindel handelt. Da diese eine geringe Masse aufweisen ist auch die zu berücksichtigende Massenträgheit gering und kann gegebenenfalls noch miteinberechnet werden.An advantage of this design of the articulated robot is that by the arrangement of the sensors directly in the bearings, acting on the machine tool axial loads, radial loads and bending moments can be detected. In addition, sensors which are arranged at the bearing points, a high detection accuracy, as occurring forces can be measured as directly as possible. The mass and thus also the inertia of the between the force application point (Toolcenterpoint) and the sensors intermediate parts is very low, since this is only the machining tool itself and the work spindle. Since these have a low mass and the mass inertia to be considered is low and can optionally be taken into account.

Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn die beiden Lagerstellen durch eine Magnetlagerung gebildet sind und die Sensoren durch eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Feldstärke in der Magnetlagerung und zur Erfassung der Auslenkung der Arbeitsspindel relativ zum Spindelgehäuse realisiert sind. Von Vorteil ist hierbei, dass mittels einer Magnetlagerung eine hohe Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges realisiert werden kann. Darüber hinaus können in der Magnetlagerung die anliegenden Kräfte präzise bestimmt werden.Furthermore, it may be expedient if the two bearing points are formed by a magnetic bearing and the sensors are realized by a measuring device for determining the field strength in the magnetic bearing and for detecting the deflection of the work spindle relative to the spindle housing. The advantage here is that by means of a magnetic bearing a high speed of the machining tool can be realized. In addition, the applied forces can be precisely determined in the magnetic bearing.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsspindel mittels der Magnetlagerung relativ zum Spindelgehäuse verstellbar ist. Von Vorteil ist hierbei, dass durch diese Maßnahme die Arbeitsspindel zum Ausgleich von Verformungen relativ zum Spindelgehäuse verschoben werden kann, wodurch geringe im Knickarmroboter auftretende Verformungen ausgeglichen werden können. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass mittels der Magnetlagerung geringe Verformungen mit einer nur sehr kurzen Reaktionszeit ausgeglichen werden können. Darüber hinaus ist es beispielsweise auch denkbar, dass mittels der Magnetlagerung die Arbeitsspindel relativ zum Spindelgehäuse in Schwingung versetzt wird und somit beispielsweise hochfrequente Axialschwingungen durchgeführt werden. Diese Axialschwingung kann beispielsweise eine verbesserte Spanbildung bewirken.Furthermore, it can be provided that the work spindle is adjustable by means of the magnetic bearing relative to the spindle housing. The advantage here is that by this measure, the work spindle can be moved to compensate for deformations relative to the spindle housing, whereby small deformations occurring in the articulated robot can be compensated. Of particular advantage here is that by means of magnetic bearing small deformations can be compensated with only a very short reaction time. In addition, it is also conceivable, for example, that by means of the magnetic bearing the work spindle is set into oscillation relative to the spindle housing and thus, for example, high-frequency axial vibrations are performed. For example, this axial vibration can result in improved chip formation.

In einer Alternatiwariante kann vorgesehen sein, dass die Sensoren in Form von Piezoelementen ausgebildet sind. Derartige Sensoren in Form von Piezo-Elementen können beispielsweise mit herkömmlichen Wälzlagern oder auch Gleitlagern kombiniert werden.In an alternative variant it can be provided that the sensors are designed in the form of piezo elements. Such sensors in the form of piezo elements can be combined, for example, with conventional rolling bearings or sliding bearings.

In wieder einer anderen Alternativvariante kann vorgesehen sein, dass die beiden Lagerstellen durch ein hydrodynamisches Gleitlager gebildet sind und die Sensoren durch eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Hydraulikdruckes in den Lagerstellen und zur Erfassung der Auslenkung der Arbeitsspindel relativ zum Spindelgehäuse realisiert sind, wobei mittels der hydrodynamischen Gleitlager die Arbeitsspindel relativ zum Spindelgehäuse verstellbar ist. Ein hydrodynamisches Gleitlager weist eine Möglichkeit zur Verstellung der Arbeitsspindel relativ zum Spindelgehäuse auf. Das hydrodynamische Gleitlager kann beispielsweise unter Verwendung eines Öls betrieben werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass das hydrodynamische Gleitlager unter Verwendung eines Gases betrieben wird.In yet another alternative variant can be provided that the two bearings are formed by a hydrodynamic sliding bearing and the sensors are realized by a measuring device for determining the hydraulic pressure in the bearing points and for detecting the deflection of the work spindle relative to the spindle housing, wherein by means of the hydrodynamic sliding bearing the work spindle is adjustable relative to the spindle housing. A hydrodynamic slide bearing has a possibility for adjusting the work spindle relative to the spindle housing. The hydrodynamic Slide bearing can be operated, for example, using an oil. Moreover, it is also conceivable that the hydrodynamic sliding bearing is operated using a gas.

Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass das Spindelgehäuse mittels einer Linearführung axial verschiebbar am Arbeitskopf aufgenommen ist. Von Vorteil ist hierbei, dass beispielsweise beim Durchführen eines Bohrvorganges mittels einem in der Arbeitsspindel gespannten Bohrer die Zustellbewegung des Bohrers nicht mittels den Roboterarmen erfolgen muss, sondern dass das Spindelgehäuse linear verschoben werden kann. Dadurch kann die Genauigkeit der Bohrung erhöht werden. Darüber hinaus können derartige Zustellbewegungen direkt an den Sensoren der Lagerstellen detektiert werden.According to a development, it is possible that the spindle housing is accommodated by means of a linear guide axially displaceable on the working head. The advantage here is that, for example, when performing a drilling operation by means of a tensioned in the work spindle drill, the feed movement of the drill does not have to be done by means of the robot arms, but that the spindle housing can be moved linearly. This can increase the accuracy of the bore. In addition, such delivery movements can be detected directly on the sensors of the bearings.

Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn am Arbeitskopf eine Anlagemanschette ausgebildet ist, welche zum Anlegen an ein zu bearbeitendes Werkstück vorgesehen ist und dass in der Anlagemanschette ein weiterer Sensor zur Erfassung der Anlagekraft der Anlagemanschette am Werkstück ausgebildet ist. Von Vorteil ist hierbei, dass durch die Anlagemanschette der gesamte Arbeitskopf mit einer vorbestimmten Kraft an das zu bearbeitende Werkstück angedrückt werden kann, wodurch der Knickarmroboter unter Vorspannung gebracht werden kann. Bei anschließendem Andrücken des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück kann die Verringerung der am weiteren Sensor gemessenen Andrückkraft bestimmt werden und dadurch direkt auf die durch das Bearbeitungswerkzeug aufgebrachte Andrückkraft rückgeschlossen werden. Dies kann beispielsweise zum Abgleichen mit den in den Sensoren gemessenen Kräften dienen.Furthermore, it may be expedient if an investment sleeve is formed on the working head, which is provided for application to a workpiece to be machined and that in the plant cuff, a further sensor for detecting the contact force of the plant cuff is formed on the workpiece. The advantage here is that can be pressed by the plant cuff of the entire working head with a predetermined force to the workpiece to be machined, whereby the articulated robot can be brought under bias. Upon subsequent pressing of the machining tool to the workpiece, the reduction in the contact force measured at the further sensor can be determined, thereby directly deducing the pressing force applied by the machining tool. This can serve, for example, for matching with the forces measured in the sensors.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass am Arbeitskopf ein Vibrationssensor ausgebildet ist, welcher zur Erfassung von Schwingungen am Werkstück dient. Von Vorteil ist hierbei, dass mittels dem Vibrationssensor die vom Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück übertragenen Schwingungen erfasst und in weiterer Folge in der Recheneinheit ausgewertet werden können.In addition, it can be provided that a vibration sensor is formed on the working head, which serves to detect vibrations on the workpiece. The advantage here is that by means of the vibration sensor, the vibrations transmitted from the machining tool to the workpiece can be detected and subsequently evaluated in the arithmetic unit.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der Vibrationssensor in der Anlagemanschette aufgenommen ist. Von Vorteil ist hierbei, dass ein in der Anlagemanschette aufgenommener Vibrationssensor direkt mit dem Werkstück in Berührung gebracht werden kann.Furthermore, it can be provided that the vibration sensor is received in the plant sleeve. The advantage here is that a recorded in the plant cuff vibration sensor can be brought directly into contact with the workpiece.

Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass der Vibrationssensor frei schwingbar am Arbeitskopf, insbesondere in der Anlagemanschette, aufgenommen ist und mit dem Werkstück koppelbar ist. Von Vorteil ist hierbei, dass durch diese Maßnahme die Schwingungen des Arbeitskopfes ausgekoppelt werden können und somit die am Werkstück auftretenden Schwingungen erfasst werden können.According to a particular embodiment, it is possible that the vibration sensor is freely swinging on the working head, in particular in the plant cuff, added and coupled to the workpiece. The advantage here is that by this measure, the vibrations of the working head can be coupled and thus the vibrations occurring on the workpiece can be detected.

Weiters ist es auch denkbar, dass der Vibrationssensor an einer anderen Stelle am Knickarmroboter aufgenommen ist.Furthermore, it is also conceivable that the vibration sensor is recorded at a different location on the articulated robot.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Vibrationssensor in Form eines Beschleunigungssensors, insbesondere in Form eines Piezosensors ausgebildet ist, mittels welchem seine eigene Ausrichtung und auch eine Amplitude und Richtung der Schwingung des Werkstückes bestimmbar ist, wenn der Vibrationssensor am Werkstück anliegt. Von Vorteil ist hierbei, dass mittels einem derartig ausgebildeten Beschleunigungssensor die Schwingungen des Werkstückes nicht nur quantitativ sondern auch qualitativ erfasst und ausgewertet werden können. Darüber hinaus kann mittels dem Vibrationssensor in Form eines Beschleunigungssensors die räumliche Orientierung des Vibrationssensors erfasst werden.According to an advantageous development can be provided that the vibration sensor is in the form of an acceleration sensor, in particular in the form of a piezoelectric sensor, by means of which its own orientation and also an amplitude and direction of the vibration of the workpiece can be determined when the vibration sensor is applied to the workpiece. The advantage here is that by means of such a trained acceleration sensor, the vibrations of the workpiece can be detected and evaluated not only quantitatively but also qualitatively. In addition, the spatial orientation of the vibration sensor can be detected by means of the vibration sensor in the form of an acceleration sensor.

In einer Alternativvariante kann vorgesehen sein, dass der Vibrationssensor in Form eines Laser-Doppler-Vibrometers ausgebildet ist. Von Vorteil ist hierbei, dass mittels einem Laser-Doppler-Vibrometer eine berührungslose Erfassung der Oberflächenschwingung des Werkstückes ermöglicht wird.In an alternative variant, it can be provided that the vibration sensor is designed in the form of a laser Doppler vibrometer. The advantage here is that a non-contact detection of the surface vibration of the workpiece is made possible by means of a laser Doppler vibrometer.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Werkstückes mittels einem oben beschriebenen Knickarmroboter vorgesehen, wobei in der Arbeitsspindel ein Bearbeitungswerkzeug zur spanenden Bearbeitung des Werkstückes aufgenommen bzw. gespannt ist. Beim Andrücken des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück wird mittels der Sensoren die Radialkraft und die Axialkraft in den Lagerstellen erfasst. In der Recheneinheit kann dadurch die Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück berechnet werden. Durch Erfassung der Schwingung in Kombination mit der erfassten Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück kann beispielsweise auf einen Verschleiß an der Schneide bzw. auf die Werkstückbeschaffenheit geschlossen werden.According to the invention, a method for machining a workpiece by means of an articulated-arm robot described above is provided, wherein a machining tool for machining the workpiece is received or clamped in the work spindle. When pressing the machining tool to the workpiece, the radial force and the axial force is detected in the bearings by means of the sensors. In the arithmetic unit can be calculated by the pressing force of the machining tool to the workpiece. By detecting the vibration in combination with the detected pressing force of the machining tool on the workpiece can be concluded, for example, to wear on the cutting edge or on the workpiece nature.

Vorgesehen ist außerdem ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Werkstückes mittels einem Knickarmroboter mit

  • - einer Basis;
  • - einer Arbeitskopfaufnahme;
  • - mehreren Hebelarmen, welche zwischen der Basis und der Arbeitskopfaufnahme angeordnet sind, wobei die Hebelarme mittels Drehgelenken miteinander gekoppelt sind und wobei pro Drehgelenk zumindest ein Stellmotor ausgebildet ist, welcher zur Verstellung des Winkels zwischen den beiden mittels dem betreffenden Drehgelenk gekoppelten Hebelarmen dient;
  • - einem Arbeitskopf, welcher an der Arbeitskopfaufnahme angeordnet ist, wobei der Arbeitskopf eine in einem Spindelgehäuse angeordnete Arbeitsspindel umfasst, welche zumindest an einer ersten Lagerstelle und einer zweiten Lagerstelle im Spindelgehäuse gelagert ist, wobei am Arbeitskopf ein Vibrationserfassungsmittel, insbesondere ein Vibrationssensor ausgebildet ist, welcher zur Erfassung von Schwingungen am Werkstück dient; und
  • - einer Recheneinheit, welche zur Steuerung der Stellmotoren dient.
Also provided is a method for machining a workpiece by means of a articulated robot with
  • - a base;
  • - a working head receptacle;
  • - A plurality of lever arms, which are arranged between the base and the working head receptacle, wherein the lever arms are coupled to each other by means of pivot joints and wherein at least one servomotor is formed per hinge, which for adjusting the angle between the two lever arms coupled by means of the respective pivot joint is used;
  • - A working head, which is arranged on the working head receiving, wherein the working head comprises a spindle housing arranged in a work spindle which is mounted at least at a first bearing point and a second bearing in the spindle housing, wherein on the working head, a vibration detection means, in particular a vibration sensor is formed serves to detect vibrations on the workpiece; and
  • - A computing unit, which serves to control the servomotors.

Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

  • - Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes mittels dem Knickarmroboter oder einem im Knickarmroboter gespannten Bearbeitungswerkzeug;
  • - Erfassen der Bauteilschwingungen mittels dem Vibrationserfassungsmittel, insbesondere dem Vibrationssensor;
  • - Berechnen zumindest einer Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes;
  • - Bearbeiten des Werkstückes unter Berücksichtigung der ermittelten Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes.
The method comprises the following method steps:
  • - Excite and thereby vibrate the workpiece by means of the articulated robot or a tensioned in the articulated robot robot machining tool;
  • - Detecting the component vibrations by means of the vibration detection means, in particular the vibration sensor;
  • - calculating at least one natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece;
  • - Processing of the workpiece taking into account the determined natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece.

Von Vorteil an diesem Verfahren ist, dass durch das Ermitteln der Eigenfrequenz des Werkstückes, das weitere Bearbeiten des Werkstückes unter Berücksichtigung dieser Eigenfrequenz erfolgen kann. Insbesondere kann hierbei darauf geachtet werden, dass das Bearbeitungswerkzeug mit einer zur Eigenfrequenz oder dem ganzzahligen Vielfachen der Eigenfrequenz unterschiedlichen Frequenz betrieben wird, um während dem Bearbeitungsvorgang das Werkstück nicht in übermäßige Schwingung zu versetzen.An advantage of this method is that by determining the natural frequency of the workpiece, the further processing of the workpiece taking into account this natural frequency can be done. In particular, care can be taken here that the machining tool is operated at a frequency that is different from the natural frequency or the integer multiple of the natural frequency so as not to cause the workpiece to vibrate excessively during the machining process.

Insbesondere ist es auch denkbar, dass mehrere Eigenfrequenzen ermittelt und berücksichtigt werden.In particular, it is also conceivable that a plurality of natural frequencies are determined and taken into account.

Erfindungsgemäß kann auch ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Werkstückes mittels einem oben beschriebenen Knickarmroboter sein, wobei in der Arbeitsspindel ein Bearbeitungswerkzeug zur spanenden Bearbeitung des Werkstückes aufgenommen bzw. gespannt ist. Beim Andrücken des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück wird mittels der Sensoren die Radialkraft und die Axialkraft in den Lagerstellen erfasst. In der Recheneinheit kann dadurch die Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück berechnet werden. Außerdem können in Zusammenhang mit diesen Verfahrensschritten auch folgende Verfahrensschritte vorgesehen sein:

  • - Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes mittels dem Knickarmroboter oder einem im Knickarmroboter gespannten Bearbeitungswerkzeug;
  • - Erfassen der Bauteilschwingungen mittels dem Vibrationssensor;
  • - Berechnen zumindest einer Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes;
  • - Bearbeiten des Werkstückes unter Berücksichtigung der ermittelten Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes.
According to the invention may also be a method for machining a workpiece by means of a Knickarmroboter described above, wherein in the work spindle, a machining tool for machining the workpiece is received or clamped. When pressing the machining tool to the workpiece, the radial force and the axial force is detected in the bearings by means of the sensors. In the arithmetic unit can be calculated by the pressing force of the machining tool to the workpiece. In addition, the following method steps can also be provided in connection with these method steps:
  • - Excite and thereby vibrate the workpiece by means of the articulated robot or a tensioned in the articulated robot robot machining tool;
  • - Detecting the component vibrations by means of the vibration sensor;
  • - calculating at least one natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece;
  • - Processing of the workpiece taking into account the determined natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece.

Weiters kann vorgesehen sein, dass in der Arbeitsspindel ein Bearbeitungswerkzeug zur spanenden Bearbeitung des Werkstückes aufgenommen ist.Furthermore, it can be provided that a machining tool for machining the workpiece is received in the work spindle.

Außerdem ist es denkbar, dass an der ersten Lagerstelle und an der zweiten Lagerstelle jeweils zumindest ein Sensor zur Erfassung einer Radialkraft ausgebildet ist und dass an zumindest einer der beiden Lagerstellen zumindest ein Sensor zur Erfassung einer Axialkraft ausgebildet ist, wobei beim Andrücken des Bearbeitungswerkzeuges an das Werkstück mittels der Sensoren die Radialkraft und die Axialkraft in den Lagerstellen erfasst wird und in der Recheneinheit dadurch die Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges berechnet wird.In addition, it is conceivable that at least one sensor for detecting a radial force is formed at the first bearing point and at the second bearing point and that at least one sensor for detecting an axial force is formed on at least one of the two bearing points, wherein upon pressing the machining tool to the Workpiece by means of the sensors, the radial force and the axial force is detected in the bearings and in the arithmetic unit thereby the pressing force of the machining tool is calculated.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die Sensoren gleichzeitig als Vibrationserfassungsmittel dienen. Durch diese Maßnahme kann die Vibration am Werkstück direkt mittels der Arbeitsspindel abgegriffen werden.Furthermore, it can be provided that the sensors simultaneously serve as vibration detection means. By this measure, the vibration on the workpiece can be tapped directly by means of the work spindle.

Ferner ist es denkbar, dass das Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes durch aufbringen eines Schlages auf das Werkstück erfolgt.Furthermore, it is conceivable that the excitation and thereby vibrate the workpiece by applying a blow to the workpiece.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes mittels der Arbeitsspindel realisiert wird, wobei die Arbeitsspindel in den Lagerstellen aktiv relativ zum Spindelgehäuse in Schwingung versetzt wird. Von Vorteil ist hierbei, dass das Werkstück dabei schonend in Schwingung versetzt werden kann. Das Werkstück kann angeregt werden und anschließend die Eigenfrequenz auch direkt mittels der Arbeitsspindel abgegriffen werden.Alternatively, it can be provided that the excitation and thereby vibrate the workpiece is realized by means of the work spindle, wherein the work spindle is actively set in the bearings active relative to the spindle housing in vibration. The advantage here is that the workpiece can be gently vibrated. The workpiece can be excited and then the natural frequency can be tapped directly by means of the work spindle.

Insbesondere bei der Verwendung einer Magentlagerung für die Arbeitsspindel, kann die Arbeitsspindel einfach in Schwingung versetzt werden, um das Werkstück anzuregen. Anschließend kann durch Bestimmung der Feldstärke die Schwingung mittels der Arbeitsspindel erfasst werden.Especially when using a Magentlagerung for the work spindle, the Work spindle are simply vibrated to stimulate the workpiece. Subsequently, by determining the field strength, the vibration can be detected by means of the work spindle.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Bearbeitungswerkzeug in Form eines Bohrers ausgebildet ist und dieser beim spanenden Bearbeiten des Werkstückes in dessen Axialrichtung in Schwingung versetzt wird, wobei die Frequenz der Schwingung des Bearbeitungswerkzeuges zur Eigenfrequenz des Werkstückes unterschiedlich gewählt wird.In addition, it can be provided that the machining tool is designed in the form of a drill and this is set during machining of the workpiece in the axial direction in oscillation, wherein the frequency of the vibration of the machining tool is selected differently to the natural frequency of the workpiece.

Weiters kann vorgesehen sein, dass mittels der ermittelten Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes, sowie unter Kenntnis der geometrischen Form des Werkstücks aus CAD-Daten, die Festigkeit des Werkstücks und/oder der Elastizitätsmodul des Werkstücks ermittelt wird.Furthermore, it can be provided that the strength of the workpiece and / or the modulus of elasticity of the workpiece is determined by means of the determined natural frequency and / or the associated inherent shape of the workpiece, as well as knowledge of the geometric shape of the workpiece from CAD data.

Außerdem kann die Nachgiebigkeit des Werkstückes dadurch ermittelt werden, dass mittels der Arbeitsspindel bzw. dem in der Arbeitsspindel gespannten Bearbeitungswerkzeug eine bestimmte Kraft auf das Werkstück ausgeübt wird und dadurch das Werkstück verformt wird. Der Grad der Verformung des Werkstückes kann mittels der Position der einzelnen Hebelarme bestimmt werden. Der Betrag der aufgebrachten Kraft kann mittels der Sensoren in den Lagerstellen ermittelt werden.In addition, the flexibility of the workpiece can be determined that a certain force is exerted on the workpiece by means of the work spindle or the tensioned in the work spindle machining tool and thereby the workpiece is deformed. The degree of deformation of the workpiece can be determined by means of the position of the individual lever arms. The amount of applied force can be determined by means of the sensors in the bearings.

Ferner kann vorgesehen sein, dass auf Basis der berechneten Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges und auf Basis einer bekannten kraftabhängigen Bauteilverformung des Knickarmroboters eine notwendige Lagekompensation berechnet wird und zumindest in einem der Stellmotoren die notwendige Lagekompensation realisiert wird. Von Vorteil ist hierbei, dass durch die Berücksichtigung der kraftabhängigen Bauteilverformung des Knickarmroboters die Genauigkeit des Knickarmroboters erhöht werden kann.Furthermore, it can be provided that a necessary position compensation is calculated on the basis of the calculated pressing force of the machining tool and on the basis of a known force-dependent component deformation of the articulated robot and the necessary position compensation is realized at least in one of the servomotors. The advantage here is that by taking into account the force-dependent component deformation of the articulated robot, the accuracy of the articulated robot can be increased.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass auf Basis der berechneten Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges und auf Basis einer bekannten kraftabhängigen Bauteilverformung des Knickarmroboters eine notwendige Lagekompensation berechnet wird und dass die notwendige Lagekompensation zumindest teilweise durch Verstellung der Arbeitsspindel relativ zu dem Spindelgehäuse realisiert wird. Von Vorteil ist hierbei, dass durch Verstellung der Arbeitsspindel relativ zum Spindelgehäuse die Lagekompensation mit einer erhöhten Genauigkeit durchgeführt werden kann. Darüber hinaus kann eine derartige Lagerkompensation relativ schnell und mit einer kurzen Reaktionszeit durchgeführt werden. Die Lagekompensation mittels der Arbeitsspindel kann mit der Lagekompensation mittels des Knickarmroboters überlagert werden.In addition, it can be provided that on the basis of the calculated pressing force of the machining tool and based on a known force-dependent component deformation of the articulated robot a necessary position compensation is calculated and that the necessary position compensation is at least partially realized by adjusting the work spindle relative to the spindle housing. The advantage here is that by adjusting the work spindle relative to the spindle housing, the position compensation can be performed with increased accuracy. In addition, such a bearing compensation can be performed relatively quickly and with a short reaction time. The position compensation by means of the work spindle can be superimposed with the position compensation by means of the articulated robot.

Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass bei einer Magnetlagerung die Radialkraft und die Axialkraft in den Lagerstellen durch Bestimmung der Feldstärke in den Magnetlagerungen und durch Erfassung der Auslenkung der Arbeitsspindel erfasst wird.Also advantageous is an expression according to which it can be provided that in a magnetic bearing the radial force and the axial force in the bearing points is detected by determining the field strength in the magnetic bearings and by detecting the deflection of the work spindle.

Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass eine Verstellung der Arbeitsspindel relativ zu dem Spindelgehäuse dadurch realisiert wird, dass die Feldstärke in den Magnetlagerungen lokal angepasst wird.According to a development, it is possible that an adjustment of the work spindle is realized relative to the spindle housing, characterized in that the field strength is adapted locally in the magnetic bearings.

Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn bei Verwendung eines Bearbeitungswerkzeuges mit einem symmetrischem Schneidenaufbau, insbesondere bei Verwendung eines Bohrwerkzeuges, ein Anlagewinkel zwischen einer Drehachse des Bearbeitungswerkzeuges und der Werkstückoberfläche an welcher das Bearbeitungswerkzeug anliegt mittels dem Hebelgesetz aus den erfassten Radialkräften berechnet wird. Von Vorteil ist hierbei, dass nur durch die Bestimmung der Radialkräfte der Anlagewinkel des Bearbeitungswerkzeuges relativ zum zu bearbeitenden Werkstück berechnet werden kann und im Bedarfsfall das Bearbeitungswerkzeug entsprechend nachgedreht werden kann, sodass die Rotationsachse des Bearbeitungswerkzeuges im rechten Winkel auf die Werkstückoberfläche steht.Furthermore, it may be useful if when using a machining tool with a symmetrical cutting structure, in particular when using a drilling tool, a contact angle between a rotation axis of the machining tool and the workpiece surface on which the machining tool is applied by means of the lever law from the detected radial forces calculated. The advantage here is that can be calculated relative to the workpiece to be machined only by determining the radial forces of the contact angle of the machining tool and if necessary, the machining tool can be nachrotreht accordingly, so that the axis of rotation of the machining tool is at right angles to the workpiece surface.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zur berechneten Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges, die durch den weiteren Sensor erfasste Anlagekraft der Anlagemanschette am Werkstück zur Berechnung der notwendigen Lagenkompensation mit einbezogen wird.In addition, it can be provided that, in addition to the calculated pressing force of the machining tool, the contact force of the bearing sleeve on the workpiece detected by the further sensor is included in the calculation of the necessary position compensation.

Weiters kann vorgesehen sein, dass in der Recheneinheit das Signal des Vibrationssensors ausgewertet wird und auf Basis des Signals des Vibrationssensors und der gemessenen Radialkraft und Axialkraft in den Lagerstellen die notwendige Lagekompensation berechnet wird.Furthermore, it can be provided that the signal of the vibration sensor is evaluated in the arithmetic unit and the necessary position compensation is calculated on the basis of the signal of the vibration sensor and the measured radial force and axial force in the bearing points.

Die Ausdrücke Radialkraft und Axialkraft beziehen sich auf die Achslage der Arbeitsspindel.The terms radial force and axial force refer to the axis position of the work spindle.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Knickarmroboters in einer perspektivischen Ansicht;
  • 2 eine Detaildarstellung eines Arbeitskopfes;
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Spindelgehäuses;
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Spindelgehäuses mit darin aufgenommener Arbeitsspindel und Darstellung der Lagersituation;
  • 5 eine schematische Darstellung der Krafteinwirkung auf die Lagersituation bei einem nicht orthogonal zur Oberfläche des Werkstückes stehendem Bearbeitungswerkzeug;
  • 6 ein Ausführungsbeispiel der Arbeitsspindel mit Magnetlagerung;
  • 7 ein Ausführungsbeispiel der Arbeitsspindel mit hydrodynamischer Lagerung.
In each case, in a highly simplified, schematic representation:
  • 1 an embodiment of a articulated robot in a perspective view;
  • 2 a detailed view of a working head;
  • 3 a perspective view of a spindle housing;
  • 4 a schematic sectional view of a spindle housing with housed therein work spindle and showing the storage situation;
  • 5 a schematic representation of the force on the storage situation in a not orthogonal to the surface of the workpiece standing machine tool;
  • 6 an embodiment of the work spindle with magnetic bearing;
  • 7 An embodiment of the work spindle with hydrodynamic bearing.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals or the same component names, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or component names. Also, the location information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and these position information in a change in position mutatis mutandis to transfer to the new location.

In der 1 ist ein Knickarmroboter 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Knickarmroboter 1 umfasst eine Basis 2 welche vorzugsweise mittels Befestigungsmittel am Untergrund des Aufstellungsortes fixiert ist. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass die Basis 2 an einer Linearführung angeordnet ist, sodass der komplette Knickarmroboter 1 in einer Längsrichtung verschiebbar ist.In the 1 is an articulated robot 1 shown in a perspective view. The articulated robot 1 includes a base 2 which is preferably fixed by means of fastening means on the ground of the site. For example, it is also conceivable that the base 2 is arranged on a linear guide, so that the complete articulated robot 1 is displaceable in a longitudinal direction.

Mit der Basis 2 sind mehrere Hebelarme 3 gekoppelt, wobei die einzelnen Hebelarme 3 untereinander bzw. einer der Hebelarme 3 mit der Basis 2 mittels Drehgelenken 4 gekoppelt sind. Die Drehgelenke 4 können unterschiedlich ausgebildet sein. Sie dienen vorzugsweise zur Verstellung eines Winkels 5 zwischen zwei miteinander gekoppelten Hebelarmen 3.With the base 2 are several lever arms 3 coupled, with the individual lever arms 3 with each other or one of the lever arms 3 with the base 2 by means of swivel joints 4 are coupled. The swivel joints 4 can be designed differently. They are preferably used to adjust an angle 5 between two mutually coupled lever arms 3 ,

In einer ersten Ausführungsart von Drehgelenk 4 sind die beiden Hebelarme 3 bezüglich deren Längsachse axial fluchtend zueinander angeordnet und mittels dem Drehgelenk 4 kann einer der beiden Hebelarme 3 relativ zum anderen Hebelarm 3 um die zentrale Längsachse rotierend verdreht werden.In a first embodiment of swivel 4 are the two lever arms 3 with respect to their longitudinal axis arranged axially aligned with each other and by means of the rotary joint 4 can be one of the two lever arms 3 relative to the other lever arm 3 to be rotated around the central longitudinal axis.

In einer zweiten Ausführungsform des Drehgelenkes 4 sind die beiden Hebelarme 3 nebeneinander angeordnet und die Hebelarme 3 können relativ zueinander verschwenkt werden, sodass der Winkel 5 zwischen den beiden Längsachsen der Hebelarme 3 variiert werden kann.In a second embodiment of the rotary joint 4 the two lever arms 3 are arranged side by side and the lever arms 3 can be pivoted relative to each other, so the angle 5 between the two longitudinal axes of the lever arms 3 can be varied.

Weiters ist jedem Drehgelenk 4 ein Stellmotor 6 zugeordnet, mittels welchem der Winkel 5 zwischen den beiden Hebelarmen 3 verstellt werden kann. Der Stellmotor 6 kann beispielsweise in Form eines Servomotors ausgebildet sein. Am von der Basis 2 weitest entfernten Hebelarm 3 ist eine Arbeitskopfaufnahme 7 ausgebildet, an welcher ein Arbeitskopf 8 befestigt ist.Furthermore, every swivel is 4 a servomotor 6 assigned, by means of which the angle 5 between the two lever arms 3 can be adjusted. The servomotor 6 may be formed, for example in the form of a servo motor. Am from the base 2 furthest removed lever arm 3 is a working head shot 7 formed, on which a working head 8th is attached.

Der Arbeitskopf 8 weist eine Arbeitsspindel 9 auf, an ein Bearbeitungswerkzeug 10 aufgenommen werden kann. Insbesondere kann an der Arbeitsspindel 9 eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen von verschiedensten Bearbeitungswerkzeugen 10 ausgebildet sein, bzw. kann eine derartige Werkzeugaufnahme mit der Arbeitsspindel 9 gekoppelt sein. Das Bearbeitungswerkzeug 10 dient zum Bearbeiten eines Werkstückes 11. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Bearbeitungswerkzeug 10 ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung, wie etwa ein Bohrer oder ein Fräser ist.The working head 8th has a work spindle 9 can be added to a machining tool 10. In particular, on the work spindle 9 a tool holder for receiving a variety of editing tools 10 be formed, or can such a tool holder with the work spindle 9 be coupled. The editing tool 10 is used to edit a workpiece 11 , In particular, it can be provided that the machining tool 10 a tool for machining, such as a drill or a milling cutter.

Weiters ist eine Recheneinheit 12 vorgesehen, in welcher die entsprechenden Steuervorgaben, bzw. Korrekturen auf Basis der Materialverformung berechnet wird.Furthermore, it is an arithmetic unit 12 provided in which the corresponding control specifications, or corrections based on the material deformation is calculated.

In der 2 ist der Arbeitskopf 8 in einer Detailansicht dargestellt, wobei die Bestandteile des Arbeitskopfes 8 teilweise geschnitten dargestellt sind, sodass der Aufbau des Arbeitskopfes 8 ersichtlich ist.In the 2 is the working head 8th shown in a detailed view, with the components of the working head 8th are shown partially cut, so that the structure of the working head 8th is apparent.

In der 3 ist ein Spindelgehäuse 13 zur Aufnahme der Arbeitsspindel 9 detailliert in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.In the 3 is a spindle housing 13 for receiving the work spindle 9 shown in detail in a perspective view.

In 4 ist zur weiteren Veranschaulichung das Spindelgehäuse 13 geschnitten dargestellt, um die Lagersituation zu beschreiben.In 4 is to further illustrate the spindle housing 13 shown cut to describe the storage situation.

Der genaue Aufbau des Arbeitskopfes 8 wird anhand einer Zusammenschau der 2 bis 4 beschrieben. Wie besonders gut aus 4 ersichtlich, ist die Arbeitsspindel 9 mittels einer ersten Lagerstelle 14 und einer zweiten Lagerstelle 15 im Spindelgehäuse 13 gelagert. Die erste Lagerstelle 14 bzw. die zweite Lagerstelle 15 sind in 4 schematisch angedeutet und können durch verschiedenste Lagerungen realisiert sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Lagerstellen 14, 15 in Form von Wälzlagern, Gleitlager, Magnetlager, oder hydrodynamischen Fluidlager ausgebildet sind. Die Einbausituation wie sie in 4 schematisch dargestellt ist, kann beispielsweise bei der Verwendung von Wälzlagern realisiert sein.The exact structure of the working head 8th is based on a synopsis of 2 to 4 described. How very good 4 can be seen, is the work spindle 9 by means of a first depository 14 and a second depository 15 in the spindle housing 13 stored. The first depository 14 or the second storage location 15 are in 4 indicated schematically and can be realized by a variety of bearings. For example, it is conceivable that the bearing points 14, 15 are designed in the form of roller bearings, sliding bearings, magnetic bearings, or hydrodynamic fluid bearings. The installation situation as in 4 is shown schematically can be realized, for example, when using rolling bearings.

Wie aus 4 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass eine der beiden Lagerstellen 14, 15 in Form eines Festlagers ausgeführt ist, welches zur Aufnahme von axialen Kräften dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Lagerstelle 14 als Festlager ausgeführt. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass in der ersten Lagerstelle 14 ein Sensor 16 ausgebildet ist, welcher zur Erfassung einer Radialkraft 17 dient. Weiters kann an der ersten Lagerstelle 14 ein Sensor 18 ausgebildet sein, welcher zur Erfassung einer Axialkraft 19 dient. Darüber hinaus kann an der zweiten Lagerstelle 15 ebenfalls ein Sensor 16 zur Erfassung der Radialkraft 17 ausgebildet ist. Natürlich kann auch der zweiten Lagerstelle 15 bzw. auch an beiden Lagerstellen 14, 15 ein Sensor 18 zur Erfassung einer Axialkraft ausgebildet sein.How out 4 it can be provided that one of the two bearing points 14 . 15 is designed in the form of a fixed bearing, which serves to absorb axial forces. In the present embodiment, the first bearing 14 is designed as a fixed bearing. In particular, it may be provided that in the first storage location 14 a sensor 16 is formed, which for detecting a radial force 17 serves. Furthermore, at the first depository 14 a sensor 18 be formed, which for detecting an axial force 19 serves. In addition, at the second depository 15 also a sensor 16 for detecting the radial force 17 is trained. Of course, also the second depository 15 or at both bearing points 14 . 15 a sensor 18 be designed to detect an axial force.

Die Sensoren 16 zur Erfassung der Radialkraft 17 können beispielsweise in Form von Piezo-Elementen ausgebildet sein, welche über den Umfang verteilt im Spindelgehäuse 13 oder an der Arbeitsspindel 9 angeordnet sein können. Die Sensoren 16 können nicht nur zur Erfassung des Betrages der Radialkraft 17 sondern auch zur Erfassung der Richtung der Radialkraft 17 dienen. Der Sensor 18 zur Erfassung der Axialkraft 19 kann ebenfalls in Form eines Piezo-Elementes ausgebildet sein, welcher beispielsweise als axialer Anschlag für eine der Lagerstellen 14, 15 dienen kann.The sensors 16 for detecting the radial force 17 For example, they may be in the form of piezoelectric elements which are distributed over the circumference in the spindle housing 13 or on the work spindle 9 can be arranged. The sensors 16 can not only capture the amount of radial force 17 but also to detect the direction of the radial force 17 serve. The sensor 18 for detecting the axial force 19 may also be in the form of a piezo-element, which, for example, as an axial stop for one of the bearings 14 , 15 can serve.

Durch die bekannte Geometrie der Lagerstellen 14, 15 bzw. durch einen exakt vermessenen Toolcenterpoint des Werkstückes 11 kann mittels der Sensoren 16, 18 exakt der Betrag und die Richtung einer auf den Toolcenterpoint 20 wirkenden Kraft 21 bestimmt werden.Due to the well-known geometry of the bearings 14 . 15 or by a precisely measured Toolcenterpoint of the workpiece 11 can by means of the sensors 16 , 18 exactly the amount and direction of the Toolcenterpoint 20 acting force 21 be determined.

Die Kraft 21 wird dadurch hervorgerufen, dass das Bearbeitungswerk 10 zur Bearbeitung des Werkstückes 11, insbesondere an seinem Toolcenterpoint 20 am Werkstück 11 anliegt bzw. angedrückt wird. Vernachlässigt man die Reibung zwischen dem Werkstück 11 und dem Bearbeitungswerkzeug 10 so kann die Kraft 21 immer nur im rechten Winkel auf die Oberfläche des Werkstückes 11 stehen. Aufgrund der Reibung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 10 und dem Werkstück 11 kann der Angriffswinkel der Kraft 21 vom rechten Winkel auf die Oberfläche des Werkstückes 11 abweichen.The power 21 is caused by the fact that the editing work 10 for machining the workpiece 11 , especially at its Toolcenterpoint 20 on the workpiece 11 is applied or pressed. Neglecting the friction between the workpiece 11 and the editing tool 10 so can the power 21 always at a right angle to the surface of the workpiece 11 stand. Due to the friction between the machining tool 10 and the workpiece 11 may be the angle of attack of the force 21 from the right angle to the surface of the workpiece 11 differ.

Dadurch, dass mittels den Sensoren 16, 18 der Betrag und der Winkel der Kraft 21 auf den Toolcenterpoint 20 ermittelt werden kann, kann auch die auf das Gesamtsystem Knickarmroboter 1 wirkende Kraft berechnet werden.The fact that by means of the sensors 16 . 18 the amount and the angle of the force 21 to the Toolcenterpoint 20 can also be determined on the overall system articulated robot 1 acting force can be calculated.

Mittels Finite Elemente Berechnungen bzw. durch empirische Ermittlungen kann eine kraftabhängige Verformung des Knickarmroboters 1, insbesondere der Hebelarme 3 bzw. der Drehgelenke 4 für jede Stellung des Knickarmroboters 1 und auch für jede Kraftwirkung ermittelt werden. Dadurch lässt sich unter Kenntnis der Verformung des Knickarmroboters 1, seiner aktuellen Stellung und der aktuell anliegenden Kraft 21 auf den Toolcenterpoint 20 die verformungsbedingte Abweichung des Toolcenterpointes 20 von seiner Soll-Lage zu seiner tatsächlichen Ist-Lage berechnen. Diese Abweichung kann in einer Lagenkompensation, wie sie bereits beschrieben wurde, kompensiert werden.By means of finite element calculations or empirical investigations, a force-dependent deformation of the articulated robot can be achieved 1 , in particular the lever arms 3 or the swivel joints 4 for each position of the articulated robot 1 and also be determined for each force effect. This can be done with knowledge of the deformation of the articulated robot 1 , his current position and the current power 21 to the Toolcenterpoint 20 the deformation-related deviation of the Toolcenterpoint 20 from its target position to its actual actual position. This deviation can be compensated in a position compensation, as already described.

Weiters ist es auch denkbar, dass durch Feststellung des Winkels der Kraft 21 auf den Toolcenterpoint 20 ermittelt wird, ob das Bearbeitungswerkzeug 10 auch tatsächlich im rechten Winkel an die Oberfläche des Werkstückes 11 anliegt. Gegebenenfalls kann hierbei ebenfalls in der Recheneinheit 12 eine notwendige Kompensation berechnet und durchgeführt werden.Furthermore, it is also conceivable that by determining the angle of the force 21 to the Toolcenterpoint 20 determines whether the editing tool 10 actually at right angles to the surface of the workpiece 11 is applied. Optionally, this can also be done in the arithmetic unit 12 a necessary compensation is calculated and carried out.

Wie aus 4 weiters ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass am Arbeitskopf 8 eine Anlagemanschette 22 ausgebildet ist, welche zur Anlage am Werkstück 11 dient. Mit der Anlagemanschette 22 kann ein Absauggehäuse 23 gekoppelt sein, an welches ein Absaugschlauch 24 angeschlossen ist. Das Absauggehäuse 23 kann ortsfest am Arbeitskopf 8 befestigt sein.How out 4 Furthermore, it can be provided that at the working head 8th a plant cuff 22 is formed, which for abutment on the workpiece 11 serves. With the plant cuff 22 can be a suction housing 23 coupled to which a suction hose 24 connected. The suction housing 23 can be fixed at the working head 8th be attached.

Weiters ist es auch denkbar, dass das Spindelgehäuse 13 mitsamt der Arbeitsspindel 9 mittels einer Linearführung 25 relativ zu einer Basis 26 des Arbeitskopfes 8 verschiebbar an diesem angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt kann dadurch erreicht werden, dass das Spindelgehäuse 13 mitsamt der Arbeitsspindel 9 linear relativ zur Basis 26 des Arbeitskopfes 8 verschiebbar ist.Furthermore, it is also conceivable that the spindle housing 13 together with the work spindle 9 by means of a linear guide 25 relative to a base 26 of the working head 8th slidably disposed on this. In other words, it can be achieved that the spindle housing 13 together with the work spindle 9 linear relative to the base 26 of the working head 8th is displaceable.

Dadurch kann eine Zustellung des Bearbeitungswerkzeuges 10 rein durch die lineare Verstellung des Spindelgehäuses 13 erreicht werden. Natürlich kann auch der eigentliche Bearbeitungsvorgang bzw. Bohrvorgang durch ausschließliche Verschiebung des Spindelgehäuses 13 erreicht werden. Da die Anlagemanschette 22 mit der Basis 26 des Arbeitskopfes 8 gekoppelt ist, wird bei einem derartigen Verschiebevorgang die Arbeitsspindel 9 und damit auch das Bearbeitungswerkzeug 10 zur Anlagemanschette 22 verschoben.This can be a delivery of the editing tool 10 purely by the linear adjustment of the spindle housing 13 be achieved. Of course, the actual machining process or drilling process by exclusive displacement of the spindle housing 13 be achieved. Because the plant cuff 22 with the base 26 of the working head 8th is coupled, in such a shift operation, the work spindle 9 and thus also the machining tool 10 to the plant cuff 22 postponed.

Weiters kann auch vorgesehen sein, dass die Basis 26 des Arbeitskopfes 8 mitsamt der Anlagemanschette 22 relativ zu der Arbeitskopfaufnahme 7 verschiebbar ist. Beispielsweise ist es hierbei denkbar, dass die Basis 26 des Arbeitskopfes 8 mitsamt der Anlagemanschette 22 mittels einem Pneumatikzylinder verschiebbar ist, wobei der Pneumatikzylinder die Anlagemanschette 22 mit einer vordefinierten Kraft an das Werkstück andrücken kann. Das Spindelgehäuse 13 kann mittels einem elektrischen Antrieb relativ zur Anlagemanschette 22 verschiebbar sein. Dadurch kann das Spindelgehäuse 13 exakt vorgeschoben bzw. zugestellt werden.Furthermore, it can also be provided that the base 26 of the working head 8th together with the plant cuff 22 relative to the working head shot 7 is displaceable. For example, it is conceivable that the base 26 of the working head 8th together with the plant cuff 22 by means of a Pneumatic cylinder is displaceable, wherein the pneumatic cylinder, the plant cuff 22 can press against the workpiece with a predefined force. The spindle housing 13 can by means of an electric drive relative to the plant cuff 22 be displaceable. This allows the spindle housing 13 exactly advanced or delivered.

Weiters kann vorgesehen sein, dass in der Anlagemanschette 22 ein weiterer Sensor 27 ausgebildet ist, welcher zur Erfassung der Andrückkraft der Anlagemanschette 22 an das Werkstück 11 dient. In der Recheneinheit 12 kann eine resultierende Kraft aus der Radialkraft 17, welche den Sensoren 16 gemessen wird und aus der Axialkraft 19, welche in den Sensoren 18 gemessen wird, sowie aus jener Kraft, welche in dem weiteren Sensor 27 gemessen wird, berechnet werden.Furthermore, it can be provided that in the plant cuff 22 another sensor 27 is formed, which for detecting the pressing force of the plant cuff 22 to the workpiece 11 serves. In the arithmetic unit 12 can be a resultant force from the radial force 17 which the sensors 16 is measured and from the axial force 19 which in the sensors 18 is measured, and from that force, which in the other sensor 27 is measured.

Weiters ist es auch denkbar, dass in der Anlagemanschette 22 ein Vibrationssensor 28 angeordnet ist, welcher zur Erfassung von Vibrationen im Werkstück 11 ausgebildet ist. Der Vibrationssensor 28 kann beispielsweise durch eine magnetische Kraft am Werkstück 11 gehalten werden und frei schwingbar in der Anlagemanschette 22 aufgenommen sein. Dadurch kann erreicht werden, dass vom Vibrationssensor 28 ausschließlich die Vibrationen des Werkstücks 11 erfasst werden.Furthermore, it is also conceivable that in the plant cuff 22 a vibration sensor 28 is arranged, which for detecting vibrations in the workpiece 11 is trained. The vibration sensor 28 For example, by a magnetic force on the workpiece 11 be held and freely swingable in the plant cuff 22 be included. This can be achieved by the vibration sensor 28 only the vibrations of the workpiece 11 be recorded.

Eine freischwingende Aufhängung des Vibrationssensors 28 in der Anlagemanschette 22 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Vibrationssensor 28 in einem Gelkissen eingebettet ist und dadurch relativ zur Anlagemanschette 22 verschiebbar ist. Weiters ist es auch denkbar, dass der Vibrationssensor 28 mittels einer elastischen Membrane oder einem sonstigen elastischen Element mit der Anlagemanschette 22 gekoppelt ist. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass der Vibrationssensor 28 mittels einer federbasierten Aufhängung freischwingend mit der Anlagemanschette 22 gekoppelt ist.A free-swinging suspension of the vibration sensor 28 in the plant cuff 22 can be achieved, for example, that the vibration sensor 28 embedded in a gel pad and thereby relative to the plant cuff 22 is displaceable. Furthermore, it is also conceivable that the vibration sensor 28 by means of an elastic membrane or other elastic element with the plant cuff 22 is coupled. For example, it is also conceivable that the vibration sensor 28 by means of a spring-based suspension free-swinging with the plant cuff 22 is coupled.

Wie in 2 gut ersichtlich, ist es auch denkbar, dass im Bereich der Anlagemanschette 22 rund um die Arbeitsspindel 9 bzw. das Bearbeitungswerkzeug 10 zumindest drei Messelemente 29 angeordnet sind, mittels welchen jeweils der Abstand zur Oberfläche des Werkstückes 11 bestimmt werden kann. Durch Kenntnis der Oberflächenbeschaffenheit bzw. der Oberflächengeometrie des Werkstückes 11, beispielsweise aus einem CAD Modell, und Messung des tatsächlichen Abstandes der Oberfläche zum jeweiligen Messelement 29 kann errechnet werden, ob das Bearbeitungswerkzeug 10 orthogonal auf die Oberfläche des Werkstückes 11 ausgerichtet ist.As in 2 Obviously, it is also conceivable that in the area of the plant cuff 22 around the work spindle 9 or the editing tool 10 at least three measuring elements 29 are arranged, by means of which in each case the distance to the surface of the workpiece 11 can be determined. By knowing the surface condition or the surface geometry of the workpiece 11, for example from a CAD model, and measuring the actual distance of the surface to the respective measuring element 29 can be calculated, whether the editing tool 10 orthogonal to the surface of the workpiece 11 is aligned.

Das Messelement 29 kann beispielsweise in Form von einem Messstift ausgebildet sein, welcher mittels einer Feder vorgespannt an die Oberfläche des Werkstückes 11 angedrückt wird. Somit kann der Abstand durch taktiles Abtasten gemessen werden. Weiters ist es auch denkbar, dass das Messelement 29 beispielsweise in Form eines optischen Sensors, beispielsweise eines Lasersensors ausgebildet ist, welche zum Erfassen des Abstandes dient.The measuring element 29 For example, it may be in the form of a measuring pin biased by a spring against the surface of the workpiece 11 is pressed. Thus, the distance can be measured by tactile scanning. Furthermore, it is also conceivable that the measuring element 29 is formed for example in the form of an optical sensor, for example a laser sensor, which serves to detect the distance.

5 zeigt eine schematische Darstellung der auftretenden Kräfte 17, 18 an den Lagerstellen 14, 15 und am Bearbeitungswerkzeug 10, wenn das Bearbeitungswerkzeug 10 nicht orthogonal auf die Oberfläche des Werkstückes 11 ausgerichtet ist und an dieses angedrückt wird. Unter Kenntnis der Geometrie des Bearbeitungswerkzeuges 10 und natürlich auch der Geometrie des Spindelgehäuses 13 kann durch Ermittlung des Betrages und der Richtung der Kräfte 17, 18 an den Lagerstellen 14, 15 kann der Winkel zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 10 und der Oberfläche des Werkstückes 11 berechnet werden und durch Schwenken des Bearbeitungswerkzeuges 10 ausgeglichen werden, sodass das Bearbeitungswerkzeug 10 für den Bearbeitungsvorgang orthogonal auf die Oberfläche des Werkstückes 11 steht. 5 shows a schematic representation of the forces occurring 17 . 18 at the campsites 14 . 15 and the editing tool 10 if the editing tool 10 not orthogonal to the surface of the workpiece 11 is aligned and is pressed against this. Under knowledge of the geometry of the machining tool 10 and of course the geometry of the spindle housing 13 can by determining the amount and direction of the forces 17 . 18 at the campsites 14 . 15 can be the angle between the editing tool 10 and the surface of the workpiece 11 be calculated and by pivoting the machining tool 10 be balanced so that the editing tool 10 for the machining process orthogonal to the surface of the workpiece 11 stands.

6 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der Arbeitsspindel 9 und des Spindelgehäuses 13 mit Magnetlagerung 30. 6 shows in a schematic sectional view of another possible embodiment of the work spindle 9 and the spindle housing 13 with magnetic bearing 30 ,

Im Ausführungsbeispiel nach 6 ist vorgesehen, dass die Arbeitsspindel 9 mittels einer Magnetlagerung 30 im Spindelgehäuse 13 gelagert bzw. wahlweise angetrieben ist. Magnetlagerung 30 kann sowohl eine Radiallagerung 31 als auch eine Axiallagerung 32 aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Magnetlagerung 30 dadurch gebildet ist, dass im Spindelgehäuse 13 Wicklungen 33 ausgebildet sind, welche mit an der Arbeitsspindel 9 angeordneten Dauermagneten 34 zusammenwirken.In the embodiment according to 6 is provided that the work spindle 9 by means of a magnetic bearing 30 in the spindle housing 13 stored or optionally driven. magnetic bearing 30 can be both a radial bearing 31 as well as an axial bearing 32 exhibit. In particular, it can be provided that the magnetic bearing 30 is formed by that in the spindle housing 13 Windings 33 are formed, which with on the work spindle 9 arranged permanent magnets 34 interact.

In den Wicklungen 33 kann mit einer entsprechenden Steuerung die Feldstärke derart verändert werden, dass die Arbeitsspindel 9 durch die Magnetlagerung 30 in dessen Position gehalten wird. Darüber hinaus kann die Feldstärke in den Wicklungen 33 der einzelnen Radiallagerungen 31 derart verändert werden, dass die Arbeitsspindel 9 nicht zentral angeordnet ist, sondern zu einer Seite verschoben wird. Dadurch kann eine Verkippung oder eine Exzentrizität der Arbeitsspindel 9 im Spindelgehäuse 13 erreicht werden. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Feldstärke in den Wicklungen 33 der Axiallagerungen 32 angepasst wird, sodass die Arbeitsspindel 9 axial verschoben werden kann. Insbesondere ist es hierbei möglich, dass kleine kraftbedingte Verformungen des Knickarmroboters 1 durch axiales und/oder radiales Verschieben der Arbeitsspindel 9 ausgeglichen werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Arbeitsspindel 9 mittels der Magnetlagerung 30 in axiale und/oder radiale Vibration versetzt wird, um beispielsweise den Spanbruch zu beeinflussen.In the windings 33 can be changed with a corresponding control, the field strength such that the work spindle 9 through the magnetic bearing 30 is held in its position. In addition, the field strength in the windings 33 the individual radial bearings 31 be changed so that the work spindle 9 is not centrally located, but is shifted to one side. As a result, a tilting or eccentricity of the work spindle 9 in the spindle housing 13 be achieved. In addition, it can be provided that the field strength in the windings 33 the axial bearings 32 adjusted so that the work spindle 9 can be moved axially. In particular, it is possible that small force-induced deformations of the articulated robot 1 by axial and / or radial displacement of the work spindle 9 be compensated. In addition, it is too conceivable that the work spindle 9 by means of the magnetic bearing 30 is added in axial and / or radial vibration, for example, to influence the chip breakage.

Weiters kann vorgesehen sein, dass im Spindelgehäuse 13 eine weitere, nicht dargestellte Wicklung zum Antrieb der Arbeitsspindel 9 ausgebildet ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsspindel 9 mit einem Elektromotor gekoppelt ist, welcher zum Aufbringen eines Drehmomentes auf die Arbeitsspindel 9 dient.Furthermore, it can be provided that in the spindle housing 13 another, not shown, winding for driving the work spindle 9 is trained. Alternatively, it can be provided that the work spindle 9 is coupled with an electric motor, which for applying a torque to the work spindle 9 serves.

7 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der Arbeitsspindel 9 und des Spindelgehäuses 13 mit einem hydrodynamischen Gleitlager 35. 7 shows in a schematic sectional view of another possible embodiment of the work spindle 9 and the spindle housing 13 with a hydrodynamic plain bearing 35 ,

Ähnlich zur Ausbildung der Magnetlagerung 30 aus 6 kann hierbei eine Radiallagerung 31 und eine Axiallagerung 32 ausgebildet sein.Similar to the formation of the magnetic bearing 30 out 6 this can be a radial bearing 31 and an axial bearing 32 be educated.

Weiters sind je Radiallagerung 31 und je Axiallagerung 32 mehrere Lagermediumeinströmöffnungen 36 vorgesehen, welche zum Einpumpen des Lagermediums dienen. Insbesondere bei den Radiallagerungen 31 können die Lagermediumeinströmöffnungen 36 über den Umfang verteilt angeordnet sein. Durch gezieltes Einpumpen des Lagermediums, etwa Luft oder eine Hydraulikflüssigkeit, in bestimmten der über den Umfang verteilten Lagermediumeinströmöffnungen 36 kann die Kraftwirkung auf die Arbeitsspindel 9 und somit auch die Position der Arbeitsspindel 9 gesteuert werden. Ebenso verhält es sich bei den Axiallagerungen 32.Furthermore are ever radial storage 31 and each axial bearing 32 a plurality of storage medium inflow openings 36 provided, which serve for pumping the storage medium. Especially with the radial bearings 31 can the storage medium inflow openings 36 Be arranged distributed over the circumference. By selectively pumping the storage medium, such as air or a hydraulic fluid, in certain of the circumferentially distributed Lagerermediumeinströmöffnungen 36 can the force acting on the work spindle 9 and thus also the position of the work spindle 9 to be controlled. The same applies to the axial bearings 32 ,

Natürlich müssen auch Lagermediumausströmöffnungen 37 vorgesehen sein, über welche das eingebrachte Lagermedium wieder aus dem Inneren des Spindelgehäuses 13 entfernt werden kann. Sowohl die Lagermediumeinströmöffnungen 36 als auch die Lagermediumausströmöffnungen 37 sind in 7 vereinfacht dargestellt und müssen natürlich an entsprechende Steuerventile, Versorgungsleitungen und eine Lagermediumförderpumpe gekoppelt sein.Of course, also storage medium outlets must 37 be provided, via which the introduced storage medium again from the interior of the spindle housing 13 can be removed. Both the storage medium inflow openings 36 and the storage medium outflow openings 37 are in 7 of course, and must of course be coupled to corresponding control valves, supply lines and a storage medium feed pump.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.The embodiments show possible embodiments, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated embodiments thereof, but rather various combinations of the individual embodiments are possible with each other and this variation possibility due to the teaching of technical action by representational invention in Can the expert working in this technical field.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.The scope of protection is determined by the claims. However, the description and drawings are to be considered to interpret the claims. Individual features or combinations of features from the illustrated and described different embodiments may represent for themselves inventive solutions. The task underlying the independent inventive solutions can be taken from the description.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.All information on ranges of values in objective description should be understood to include any and all sub-ranges thereof, eg the indication 1 to 10 to understand that all subsections, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 are included, ie all sub-areas begin with a lower limit of 1 or greater and end at an upper limit of 10 or less, eg 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.For the sake of order, it should finally be pointed out that for a better understanding of the construction, elements have been shown partially unevenly and / or enlarged and / or reduced in size.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Knickarmroboterarticulated robot
22
BasisBase
33
Hebelarmelever arms
44
Drehgelenkswivel
55
Winkel zwischen HebelarmenAngle between lever arms
66
Stellmotorservomotor
77
ArbeitskopfaufnahmeWorking head recording
88th
Arbeitskopfworking head
99
Arbeitsspindelwork spindle
1010
Bearbeitungswerkzeugprocessing tool
1111
Werkstückworkpiece
1212
Recheneinheitcomputer unit
1313
Spindelgehäusespindle housing
1414
erste Lagerstellefirst depository
1515
zweite Lagerstellesecond depository
1616
Sensor RadialkraftSensor radial force
1717
Radialkraftradial force
1818
Sensor AxialkraftSensor axial force
1919
Axialkraftaxial force
2020
ToolcenterpointTool Center Point
2121
Kraft in ToolcenterpointForce in Toolcenterpoint
2222
Anlagemanschetteconditioning cuff
2323
Absauggehäuseextraction housing
2424
Absaugschlauchsuction hose
2525
Linearführunglinear guide
2626
Basis ArbeitskopfBase working head
2727
weiterer Sensor Anlagemanschetteadditional sensor system collar
2828
Vibrationssensorvibration sensor
2929
Messelement measuring element
3030
Magnetlagerungmagnetic bearing
3131
Radiallagerungradial bearing
3232
Axiallagerungaxial bearing
3333
Wicklungwinding
3434
Dauermagnetpermanent magnet
3535
Gleitlagerbearings
3636
LagermediumeinströmöffnungLagermediumeinströmöffnung
3737
LagermediumausströmöffnungLagermediumausströmöffnung

Claims (8)

Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Werkstückes (11) mittels einem Knickarmroboter (1) mit - einer Basis (2); - einer Arbeitskopfaufnahme (7); - mehreren Hebelarmen (3), welche zwischen der Basis (2) und der Arbeitskopfaufnahme (7) angeordnet sind, wobei die Hebelarme (3) mittels Drehgelenken (4) miteinander gekoppelt sind und wobei pro Drehgelenk (4) zumindest ein Stellmotor (6) ausgebildet ist, welcher zur Verstellung des Winkels (5) zwischen den beiden mittels dem betreffenden Drehgelenk (4) gekoppelten Hebelarmen (3) dient; - einem Arbeitskopf (8), welcher an der Arbeitskopfaufnahme (7) angeordnet ist, wobei der Arbeitskopf (8) eine in einem Spindelgehäuse (13) angeordnete Arbeitsspindel (9) umfasst, welche zumindest an einer ersten Lagerstelle (14) und einer zweiten Lagerstelle (15) im Spindelgehäuse (13) gelagert ist, wobei am Arbeitskopf (8) ein Vibrationserfassungsmittel, insbesondere ein Vibrationssensor (28), ausgebildet ist, welcher zur Erfassung von Schwingungen am Werkstück (11) dient; und - einer Recheneinheit (12), welche zur Steuerung der Stellmotoren (6) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: - Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes (11) mittels dem Knickarmroboter (1) oder einem im Knickarmroboter (1) gespannten Bearbeitungswerkzeug (10); - Erfassen der Bauteilschwingungen mittels dem Vibrationserfassungsmittel, insbesondere dem Vibrationssensor (28); - Berechnen zumindest einer Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes (11); - spanendes Bearbeiten des Werkstückes (11) unter Berücksichtigung der ermittelten Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes (11). Method for machining a workpiece (11) by means of an articulated-arm robot (1) having - a base (2); - A working head receptacle (7); - Several lever arms (3) which are arranged between the base (2) and the working head receptacle (7), wherein the lever arms (3) by means of swivel joints (4) are coupled together and wherein per swivel joint (4) at least one servomotor (6) is formed, which serves for adjusting the angle (5) between the two by means of the relevant rotary joint (4) coupled lever arms (3); - A working head (8) which is arranged on the working head receptacle (7), wherein the working head (8) in a spindle housing (13) arranged work spindle (9), which at least at a first bearing point (14) and a second bearing point (15) is mounted in the spindle housing (13), wherein on the working head (8) a vibration detection means, in particular a vibration sensor (28) is formed, which serves for detecting vibrations on the workpiece (11); and - a computing unit (12) which serves to control the servomotors (6), characterized in that the method comprises the following method steps: - excite and thereby vibrate the workpiece (11) by means of the articulated robot (1) or one in the articulated robot (1) tensioned machining tool (10); - Detecting the component vibrations by means of the vibration detection means, in particular the vibration sensor (28); - Calculating at least one natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece (11); - Machining the workpiece (11) taking into account the determined natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece (11). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitsspindel (9) ein Bearbeitungswerkzeug (10) zur spanenden Bearbeitung des Werkstückes (11) aufgenommen ist.Method according to Claim 1 , characterized in that in the work spindle (9) a machining tool (10) for machining the workpiece (11) is received. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Lagerstelle (14) und an der zweiten Lagerstelle (15) jeweils zumindest ein Sensor (16) zur Erfassung einer Radialkraft (17) ausgebildet ist und dass an zumindest einer der beiden Lagerstellen (14, 15) zumindest ein Sensor (18) zur Erfassung einer Axialkraft (19) ausgebildet ist, wobei beim Andrücken des Bearbeitungswerkzeuges (10) an das Werkstück (11) mittels der Sensoren (16, 18) die Radialkraft (17) und die Axialkraft (19) in den Lagerstellen (14, 15) erfasst wird und in der Recheneinheit (12) dadurch die Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges (10) berechnet wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that at least one sensor (16) for detecting a radial force (17) is formed at the first bearing point (14) and at the second bearing point (15) and that at least one of the two bearing points (14, 15) at least a sensor (18) for detecting an axial force (19) is formed, wherein upon pressing the machining tool (10) to the workpiece (11) by means of the sensors (16, 18), the radial force (17) and the axial force (19) in the Bearing points (14, 15) is detected and in the arithmetic unit (12) characterized the pressing force of the machining tool (10) is calculated. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (16, 18) gleichzeitig als Vibrationserfassungsmittel dienen.Method according to Claim 3 , characterized in that the sensors (16, 18) serve simultaneously as a vibration detecting means. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes (11) durch aufbringen eines Schlages auf das Werkstück (11) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation and thereby vibrate the workpiece (11) by applying a blow to the workpiece (11). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen und dadurch in Schwingung versetzen des Werkstückes (11) mittels der Arbeitsspindel (9) realisiert wird, wobei die Arbeitsspindel (9) in den Lagerstellen (14, 15) aktiv relativ zum Spindelgehäuse (13) in Schwingung versetzt wird.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the excitation and thereby vibrate the workpiece (11) by means of the work spindle (9) is realized, wherein the work spindle (9) in the bearing points (14, 15) actively relative to the spindle housing (13) vibrated becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (10) in Form eines Bohrers ausgebildet ist und dieser beim spanenden Bearbeiten des Werkstückes (11) in dessen Axialrichtung in Schwingung versetzt wird, wobei die Frequenz der Schwingung des Bearbeitungswerkzeuges (10) zur Eigenfrequenz des Werkstückes (11) unterschiedlich gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the machining tool (10) is designed in the form of a drill and this is set during machining of the workpiece (11) in its axial direction in oscillation, wherein the frequency of the vibration of the machining tool (10) to the natural frequency of the workpiece (11) is chosen differently. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ermittelten Eigenfrequenz und/oder der zugehörigen Eigenform des Werkstückes (11), sowie unter Kenntnis der geometrischen Form des Werkstücks (11) aus CAD-Daten, die Festigkeit des Werkstücks (11) und/oder der Elastizitätsmodul des Werkstücks (11) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the determined natural frequency and / or the associated eigenform of the workpiece (11), and with knowledge of the geometric shape of the workpiece (11) CAD data, the strength of the workpiece (11) and / or the modulus of elasticity of the workpiece (11) is determined.
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