DE60119186T2

DE60119186T2 - Robotischer Laserzeiger

Info

Publication number: DE60119186T2
Application number: DE60119186T
Authority: DE
Inventors: Jr. Robert Anthony Cobleshill Fusaro
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: CZ301571B6; EP1125695A3; JP2001293675A; KR20010082137A; JP4764555B2; KR100784171B1; EP1125695B1; DE60119186D1; EP1125695A2; US6374158B1; CZ2001583A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Roboter-Werkzeugmaschinen und insbesondere deren Kalibrierung.
Roboter-Werkzeugmaschinen existieren in verschiedenen Konfigurationen zum Durchführen verschiedener Fertigungsvorgänge in der Produktion verschiedener Maschinenkomponenten. Ein typisches Bearbeitungswerkzeug ist in einer mehrachsigen Maschine gelagert, um einem programmierten Pfad über die Konturen eines drei-dimensionalen Werkstückes zu folgen. Das Werkstück kann beispielsweise eine genaue Bearbeitung seiner Oberflächenkontur auf eine spezifische Form erfordern, oder kann Schweißen an spezifischen Stellen auf der Kontur erfordern oder kann eine Beschichtung seiner Oberfläche erfordern.
In einer exemplarischen Konfiguration ist ein Plasmabrenner oder eine -kanone auf dem distalen Ende eines gelenkigen Roboterarms mit mehreren Bewegungsgraden, wie z.B. Translation oder Rotation oder beiden montiert. Die Maschine kann programmiert werden, dass sie die Kanone auf die Oberfläche des Werkstückes ausrichtet und einem programmierten Pfad folgt, um automatisch das Werkstück mit einem geeigneten Material durch Plasmaspritzen zu beschichten.
Beispielsweise kann das Werkstück eine Leitschaufel eines Gasturbinentriebwerkstators mit einer komplexen 3-D Kontur sein, die die Abscheidung einer Wärmebarrierenbeschichtung darauf durch Plasmaspritzen erfordert. Um eine gleichmäßige Beschichtung über der gesamten Oberfläche des Werkstückes durch Plasmaspritzen aufzubringen, muss die Plasmakanone einem genauen Spritzpfad und unter Einhalten eines geeigneten Versatzes oder Abstands von der Oberfläche des Werkstückes folgen.
Das Pfadprogramm kann von der Maschine durch manuelles Neupositionieren der Plasmakanone von Punkt zu Punkt über der Oberfläche des Werkstückes unter gleichzeitiger Aufzeichnung der entsprechenden Positionskoordinaten der Kanone an jedem gewünschten Punkt in dem Pfad erlernt werden. Der Pfad ist typischerweise ein rechtwinkliges Gitter von vielen diskreten Punkten, auf welchen die Plasmakanone während des programmierten Ablaufs ausgerichtet werden kann. Alternativ kann der programmierte Pfad für die Plasmakanone analytisch unter Nutzung der Bewegungsfähigkeiten der Maschine in Bezug auf das darin gelagerte Werkstück ermittelt werden.
Beispiele gesteuerter Werkzeugmaschinen sind in DE-C 19832206 und DE-A-19824419 dargestellt.
In jedem Falle muss die Maschine geeignet kalibriert werden, um die Genauigkeit des programmierten Pfades in Bezug auf ein individuelles Werkstück sicherzustellen. Selbst nominell identische Werkstücke unterliegen Fertigungstoleranzen, welche deren Endabmessungen beeinflussen. Demzufolge ist es typischerweise erwünscht, die Maschine für jedes gerade bearbeitete Teil zu kalibrieren, um die Genauigkeit des darauf angewendeten Fertigungsprozesses zu maximieren.
Die Kalibrierung einer Robotermaschine wird typischerweise unter Verwendung eines Gummi- oder Federkontaktzeigers, die speziell zur Montage an dem Roboterarm konfiguriert sind, ausgeführt, was den Arm dem gewünschten Pfad so folgen lässt, dass der Zeiger das Werkstück ohne Beschädigung daran berühren kann. Der Zeiger erfordert eine sorgfältige Bewegung des Roboterarms, sobald sich der Zeiger dem Werkstück annähert und davon zurückzieht, um eine Berührung irgendwelcher benachbarter Abschnitte des Werkstückes zu vermeiden, welche dadurch beschädigt werden könnten. Dieser Vorgang ist sorgfältig und langsam und Ungenauigkeiten unterworfen, da der Zeiger an seinen gewünschten Kontaktpunkten zusammengedrückt wird. Ferner kann der Kontakt zwischen dem Zeiger und dem Werkstück das Werkstück verunreinigen.
Beispielsweise erfordert Plasmaspritzen ein sauberes Werkstück, welches durch einen Zeigerkontakt damit verschmutzt würde. Die Kalibrierung des programmierten Pfades unter Verwendung des Kontaktzeigers erfordert notwendigerweise einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt, um das Werkstück nach der Kalibrierung und vor dem Plasmaspritzen zu reinigen.
Kontaktzeiger beschränken somit die Geschwindigkeit, mit welcher Bearbeitungsprogrammpfade entwickelt werden können. Sie beschränken auch die Genauigkeit der Werkzeugmaschinenposition während des programmierten Pfades. Sie können auch das Werkstück beim direkten Kontakt damit verschmutzen und eine Beschädigung des Werkstückes selbst oder der Robotermaschine verursachen, wenn diese unabsichtlich das Werkstück während der Bewegung berührt.
Demzufolge ist es erwünscht, einen kontaktlosen Kalibrierungszeiger für eine Mehrachsenmaschine bereitzustellen, um den Kalibrierungs- und Herstellungsprozess zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird ein Kalibrierungszeiger für eine Robotermaschine mit einem entfernbar in einer Aufnahme gelagerten Bearbeitungswerkzeug bereitgestellt, um einem programmierbaren Pfad über ein Werkstück zu folgen, wobei der Kalibrierungszeiger ein Gehäuse aufweist, das wie das Werkzeug zur Lagerung in der Aufnahme geformt ist; gekennzeichnet durch einen Laser, der innerhalb des Gehäuses befestigt ist, um einen Laserstrahl auf das Werkstück zu emittieren, wobei der Laser eine einstellbare Brennweite, um den Laserstrahl in einen fokussierten Punkt an entsprechend unterschiedlichen Abständen von dem Gehäuse zu fokussieren, und eine abgesetzt angeordnete Energieversorgung, die zum Betrieb mit dem Laser über ein Energieversorgungskabel verbunden ist, besitzt.
Die Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Darstellung einer Mehrachsen-Werkzeugmaschine ist, die zum Plasmaspritzen eines Werkstückes gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist;
2 eine vergrößerte Explosionsansicht des Bearbeitungsendes der in 1 dargestellten exemplarischen Werkzeugmaschine und eines austauschbaren Kalibrierungszeigers dafür gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist;
3 eine axiale Schnittansicht durch den in 2 dargestellten Kalibrierungszeiger und entlang der Linie 3-3 ist;
4 eine vergrößerte Ansicht des in der Robotermaschine von 1 montierten Kalibrierungszeigers für deren Kalibrierung in Abhängigkeit von einem im Flussdiagramm dargestellten exemplarischen Verfahren ist.
In 1 ist schematisch eine Robotermaschine 10 mit einem mehrachsigen Gelenkarm 12 dargestellt, dessen Position betrieblich durch eine programmierbare Steuerung 14 gesteuert wird. Die Maschine 10 kann jede übliche Konfiguration zur Durchführung verschiedener gewünschter Bearbeitungsvorgänge, einschließlich beispielsweise Bearbeiten, Schweißen und Plasmaspritzen aufweisen. Derartige Maschinen werden üblicherweise als computernumerisch gesteuerte (CNC) oder digital numerisch gesteuerte (DNC) Maschinen bezeichnet, in welchen deren verschiedenen Bearbeitungsvorgänge in Software programmiert sind, und in einem geeigneten Speicher innerhalb der Steuerung für deren automatischen Betrieb gespeichert sind.
In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist der Roboterarm 12 bei mehreren Gelenken gelenkig verbunden, um sechs Bewegungsachsen einer an dem distalen Ende des Arms angebrachten Aufnahme 16 zu bewirken. Die entsprechenden sechs Bewegungsgrade sind alle rotatorisch, wie es durch die in 1 dargestellten sechs doppelköpfigen Pfeile angezeigt wird.
Eine Werkzeugmaschine 18 in der exemplarischen Form einer Plasmaspritzkanone ist entnehmbar in der Aufnahme 16 gelagert. Die Plasmakanone enthält einen Hauptkörper, welcher in geeigneter Weise wassergekühlt ist, und nimmt daran in 2 entnehmbar auf.
Die Plasmadüse 20 ist zylindrisch und für einen Einsatz in einen entsprechenden Zylinder der Plasmakanone konfiguriert, wobei eine Haltenut 22 dazu genutzt wird, die Düse an dem Zylinder durch Verschrauben zu befestigen. Die Düse enthält geeignete O-Ringe, um eine Fluiddichtung mit dem Zylinder bereitzustellen, und darin das Wasserkühlmittel einzuschließen, das während des Betriebs zum Kühlen der Plasmakanone umgewälzt wird.
Gemäß nochmaligem Bezug auf 1 enthält die Maschine 10 auch einen Befestigungstisch 24, auf welchem ein Werkstück 26 geeignet montiert sein kann. In der exemplarischen Ausführungsform führt der Befestigungstisch zwei zusätzliche Bewegungsgrade, welche die Drehung des Tisches und dessen Kippung umfassen ein, welche, wenn sie mit den sechs Bewegungsgraden des Roboterarms 12 kombiniert werden, insgesamt acht Bewegungsgrade zwischen dem Arm und dem Tisch bewirken. Auf diese Weise kann die Plasmakanone 18, und insbesondere ihre Plasmadüse 20, auf jeden Ort über der freiliegenden Oberfläche des auf dem Tisch 24 montierten Werkstückes 26 gerichtet werden.
Die vorstehend beschriebene mehrachsige Robotermaschine 10 und das Werkstück 26 können jede herkömmliche Konfiguration aufweisen. Beispielsweise liegt das Werkstück 26 in der exemplarischen Form einer Leitschaufel eines Gasturbinentriebwerks vor, welche eine Schaufelblattkontur mit einer im Wesentlichen konkaven Druckseite und einer gegenüberliegenden im Wesentlichen konvexen Saugseite aufweist, die sich in Längsrichtung von dem Fuß zur Spitze zwischen Vorder- und Hinterkanten der Leitschaufel erstrecken.
Da die Leitschaufel währenddes Betriebs in einem Gasturbinentriebwerk heißen Verbrennungsgasen unterworfen ist, ist es erwünscht, die Leitschaufel mit einer keramischen Wärmebarrierenbeschichtung zu beschichten, welche üblicherweise unter Verwendung einer durch die Plasmaspritzkanone 18 ausgeführten Plasmaspritzabscheidung aufgebracht wird. Die Leitschaufel 26 ist lediglich eine von einer erheblichen Anzahl von in einem einzigen Gasturbinentriebwerk benötigten Leitschaufeln, welche unter Verwendung der Maschine 10 durch Plasmaspritzen beschichtet werden können.
Jedoch erfordert das Plasmaspritzbeschichten der Leitschaufel eine genaue Ausrichtung der Plasmadüse 20 in Bezug auf die Oberfläche der Leitschaufel, und die Düse muss in genauer Weise über die gesamte Oberfläche der Leitschaufel geführt werden, um deren Spritzbeschichtung zu vervollständigen.
Um die Steuerung 14 für den gewünschten Düsenpfad über dem Werkstück genauer zu programmieren, wird ein Kalibrierungslaserzeiger 28 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit der ansonsten herkömmlichen Robotermaschine 10 bereitgestellt.
Gemäß Darstellung in den 2 und 3 enthält der Laserzeiger 28 ein zylindrisches Gehäuse 30, das wie die Plasmadüse 20 konfiguriert ist, und bevorzugt von vornherein identisch damit ist. Auf diese Weise kann das Zeigergehäuse 30 direkt gegen die Plasmadüse 20 in dem Plasmakanonenzylinder als ein identisches Ersatzteil mit der Ausnah me, dass es nicht zur Verwendung als eine Plasmaspritzdüse konfiguriert ist, ausgetauscht werden. Stattdessen ist ein Laser 32 in dem Zeigergehäuse zum Emittieren eines Laserstrahls 34 auf das Werkstück 26 befestigt, wie es deutlicher in 4 dargestellt ist.
Gemäß Darstellung in den 2 und 3 wird der Laser 26 bevorzugt fest innerhalb des Gehäuses 30 montiert und enthält eine abgesetzte Stromversorgung 36, die betrieblich mit dem Laser über eine geeignete Energieversorgungsleitung oder Kabel 38 verbunden ist.
Auf diese Weise kann ein herkömmlicher Minilaser innerhalb des verfügbaren Raums einer herkömmlichen Plasmaspritzdüse 20 montiert werden, wobei dessen Energie aus der Ferne aus der Energieversorgung 36 bereitgestellt werden kann, welche mit einem manuellen Ein/Aus-Schalter zum Einschalten des Lasers nach Wunsch batteriebetrieben sein kann. Der Laser kann jede herkömmliche Form, wie z.B. einen roten Diodenlaser zum Emittieren eines sichtbaren roten Laserstrahls aufweisen.
In der in 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform enthält der Laser 32 ein eingebautes Fokussierungsobjektiv mit einer einstellbaren Brennweite, um den Laserstrahl 34 in einen fokussierten Punkt 34a zu fokussieren, der auf der Oberfläche 26 gemäß Darstellung in 4 sichtbar ist. Die einstellbare Brennweite ermöglicht die Erzeugung des fokussierten Punktes bei einem zwischen der Oberfläche des Werkstückes und dem distalen Ende des Zeigergehäuses 30 gemessenen vorbestimmten Versatz oder Abstand A. 3 stellt einen nominellen Abstand A für den fokussierten Punkt 34a und einen etwas längeren Versatz A+ zu dem entsprechenden Ort des fokussierten Punktes dar.
Demzufolge ist der in 3 dargestellte Laser 32 bevorzugt dafür konfiguriert, einen sichtbaren Laserstrahl 34 zu emittieren, um visuell den fokussierten Punkt 34a zu bewirken. Durch die Befestigung des Lasers 32 innerhalb der Bohrung des Zeigergehäuses 30 reproduziert der Laserstrahl 34 genau die Orientierung des Plasmastrahls, welcher ansonsten aus der unmodifizierten Plasmadüse emittiert würde, die für die Erzeugung des Zeigergehäuses verwendet wird.
Die zweite Plasmaspritzdüse, die das Zeigergehäuse 30 definiert, ist bevorzugt axial an einer Umfangsstelle gemäß Darstellung in den 2 und 3 geteilt, und die Bohrung des Gehäuses ist in geeigneter Weise nach Bedarf für die Aufnahme des Lasers 32 in einem geeignet engen Passsitz bearbeitet. Das geteilte Gehäuse führt eine Elastizität für die eng sitzende Aufnahme des Lasers in dem Gehäuse ohne Beschädigung des Lasers selbst ein. Das Einlassende des Zeigergehäuses 30 und die axiale Teilung sind bevorzugt mit einem geeigneten Dichtungsmittel 40, wie z.B. Silikon, ausgefüllt, um den Laser dicht innerhalb des Gehäuses 30 zu befestigen.
Wie vorstehend dargestellt, besteht der Vorteil der Verwendung einer zweiten Plasmaspritzdüse wie die Düse 20 für das Zeigergehäuse 30 in ihrer nahezu identischen Konfiguration damit zur Montage in dem Plasmakanonenzylinder, so dass es geeignet innerhalb des Zylinders abgedichtet werden kann, um das Wasserkühlmittel während des Betriebs darin festzuhalten. Wie die ursprüngliche Plasmadüse 20 enthält das Zeigergehäuse 30 geeignete O-Ringdichtungen, welche den Umfang des Gehäuses zu dem Kanonenzylinder nach dem Festhalten durch die Befestigungsmutter 22 gemäß Darstellung in 2 abdichten.
Der Laserzeiger 28 ist in 4 in der Plasmakanone 18 in einer identischen Weise zu der in 1 dargestellten Plasmadüse 20, welche er ersetzt, eingebaut dargestellt. Die Kombination des Laserzeigers 28 und der Robotermaschine verbessert erheblich die Genauigkeit der Kalibrierung der schematisch in 4 dargestellten Steuerung und verbessert erheblich die Geschwindigkeit der Kalibrierung. Da kein des Laserzeigers 28 das Werkstück 26 während der Operation berührt, ist dessen Berührungsverschmutzung eliminiert. Und da nur der sichtbare Laserstrahl 34 dazu verwendet wird, die Plasmakanone in Bezug auf das Werkstück 24 zu positionieren, ist eine Beschädigung an dem Werkstück selbst oder an der Robotermaschine aufgrund eines unbeabsichtigten Kontaktes zwischen diesen ebenfalls eliminiert.
4 stellt schematisch und in Flussdiagrammform ein bevorzugtes Verfahren der Verwendung des Laserzeigers 28 zum Kalibrieren der Robotermaschine dar. Zu Beginn wird der Laserzeiger 28 in die Plasmakanone 18 der Maschine in derselben Weise wie die in 1 dargestellte Plasmaspritzdüse 20 montiert, welche er zeitweise ersetzt. Die Maschine kann anschließend in einer herkömmlichen Weise betrieben werden, um den an dem Roboterarm befestigten Zeiger 28 jeden gewünschten Pfad, welcher mit geeigneter Software innerhalb der Steuerung 14 programmiert werden kann, entlang zu führen oder zu positionieren.
Eine exemplarische Form des programmierten Pfades wird durch einen rechtwinkligen Gitterpfad 42 mit vertikalen und horizontalen Linien, die sich an entsprechenden Gitterpunkten schneiden, dargestellt. Die Gitterpunkte können dazu verwendet werden, die gesamte offenliegende Oberfläche der Leitschaufel 26, die ein Plasmaspritzen erfordert, abzubilden, und der programmierte Pfad für den Laserzeiger 28 repräsentiert den gewünschten Pfad der entsprechenden Plasmadüse 20 für die Ausführung des gewünschten Plasmaspritzvorgangs. Der in die Steuerung programmierte Pfad kann jede geeignete Konfiguration aufweisen, welche die Plasmaspritzkanone von Punkt zu Punkt über die Oberfläche der Leitschaufel 28 führt.
Die Verwendung des Laserzeigers 28 gemäß der vorliegenden Erfindung bietet viele Vorteile bei der Verbesserung des programmierten Pfades. Die Maschine wird zu Beginn so betrieben, dass sie den Zeiger 28 entlang eines gewünschten Pfades auf dem Werkstück führt, und der Zeiger wird eingeschaltet, um den Laserstrahl 34 in seinen fokussierten Punkt 34a auf das Werkstück zu projizieren. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kontaktzeiger ermöglicht es der Laserzeiger 28 zu sehen, wo der Laserpunkt 34a auf der Werkstückoberfläche erscheint, ohne dass irgendein physikalischer Kontakt zwischen dem Zeiger und dem Werkstück besteht. Die visuelle Beobachtung des Laserpunktes 34a selbst ermöglicht eine genaue Ausrichtung der Plasmakanone zu der Leitschaufel 26.
Ferner wird, da ein fokussierter Laser verwendet wird, eine genaue Ermittlung des in 4 dargestellten gewünschten Abstandes A ebenfalls visuell beobachtet, indem beobachtet wird, ob sich der Laserpunkt 34a auf der Oberfläche des Werkstückes im Fokus befindet. Der Laserzeiger 28 weist den gewünschten Abstand A von dem Punkt 34a auf, wenn der Punkt im Fokus auf dem Werkstück mit einer genauen und hellen Begrenzung zu sehen ist. Eine Bestätigung des gewünschten Abstandes A kann erhalten werden, indem manuell der Abstand zwischen dem Werkstück und dem distalen Ende des Zeigers 28 gemessen wird, falls dies erwünscht ist.
Die Maschine kann so betrieben werden, dass die Plasmakanone und der darin gelagerte Zeiger 28 über den gesamten gewünschten Gitterpfad 42 von Punkt zu Punkt neu positioniert wird, wobei der fokussierte Punkt 34a der Reihe nach dort mit dem entsprechenden Abstand A davon neu positioniert wird.
Auf diese Weise können der Roboterarm und der darauf montierte Zeiger 28 der Reihe nach neu positioniert werden, um den gewünschten Gitterpfad 42 über das Werkstück 26 zu bewirken. Der Fokuspunkt 34a wird somit wiederum über den mehreren durch den gewünschten Pfad repräsentierten diskreten Gitterpunkten neu positioniert.
Abhängig von der spezifischen Konfiguration des Werkstückes 26 und davon, ob eine Möglichkeit für einen Kontakt zwischen der Plasmakanone und dem Werkstück während des programmierten Pfades vorliegt, kann der Laserzeiger einfach seitlich oder in Bezug auf die Oberfläche des Werkstückes einwärts oder auswärts verschoben werden. Beispielsweise stellt 4 dar, dass der Roboterarm durch Zurückziehen des Laserzeigers 28 von dem Werkstück 26, gefolgt wiederum von einer seitlichen Bewegung zu dem nächsten Gitterpunkt und dann durch Einwärtsbewegen oder Vorschieben des Zeigers 28 auf das Werkstück zu neu positioniert werden kann, um den Laserstrahl auf den nächsten gewünschten Gitterpunkt zu projizieren. Auf diese Weise wird die Plas maspritzkanone leicht aus der Nähe des Werkstückes zurückgezogen, sobald das Werkstück und der Roboterarm innerhalb ihrer insgesamt acht Bewegungsgrad von Punkt zu Punkt bewegt werden.
Der in 4 dargestellte Laserzeiger 28 ermöglicht die Programmierung der Maschinensteuerung 14 in jeder geeigneten Weise mittels der durch den angesprochenen Laserstrahl 34 gebotenen Vorteile. Beispielsweise kann der Programmierungspfad manuell erzeugt werden, indem zu Beginn der gewünschte Gitterpfad 42 auf der Oberfläche des Werkstückes in irgendeiner gewünschten Weise, wie z.B. durch Erzeugen entsprechender Markierungen darauf, bereitgestellt wird. Der Roboterarm kann dann betätigt werden, um den Laserzeiger 28 wiederum manuell auf die Gitterpunkte auszurichten, um einen entsprechend fokussierten Punkt 34a dort zu erzeugen.
Wenn sich der fokussierte Punkt an dem gewünschten Gitterpunkt befindet und sich der Punkt im Fokus befindet, wird die Orientierung der Plasmakanone im Raum in Bezug auf das Werkstück mit einem geeigneten Abstand A fixiert. Die Steuerung 14 kann dann in üblicher Weise betrieben werden, um die sechs Koordinaten des Roboterarms und die zwei Koordinaten des Montagetisches aufzuzeichnen, welche wiederum die Lage im Raum des Laserzeigers 28 in Bezug auf das Werkstück für jeden von den gewünschten Gitterpunkten identifizieren.
Gemäß Darstellung in Flussdiagrammform in 4 wird die manuelle Programmierung der Steuerung Punkt für Punkt ausgeführt, indem der Laserpunkt neu positioniert und die entsprechenden acht Koordinaten dafür aufgezeichnet werden.
Wenn alle von den Gitterpunkten durch den fokussierten Punkt 34a beleuchtet wurden und die entsprechenden acht Koordinaten des Roboterarms und des Montagetisches in der Steuerung aufgezeichnet worden sind, wird der programmierte Pfad abgeschlossen und darin gespeichert.
Nach der Programmierung wird der Laserzeiger 28 aus dem Kanonenzylinder entfernt und durch die Plasmadüse 20 ersetzt. Die Robotermaschine kann dann in einer herkömmlichen Weise zum Plasmaspritzen des Werkstücks unter Verwendung der tatsächlichen Sprühdüse 20 betrieben werden, welche dem unter Verwendung des Laserzeigers 28 programmierten Pfad folgt. Die Geschwindigkeit des Plasmaspritzvorgangs über dem programmierten Pfad kann wesentlich über die Kalibrierungsgeschwindigkeit hinaus, wie für die Maximierung dieser Geschwindigkeit gewünscht, erhöht werden.
Die Steuerung 14 kann alternativ analytisch unter Nutzung der Zeichnungsspezifikationen für das spezielle Werkstück 26 und der Bewegungsfähigkeiten der Robotermaschine programmiert werden. Die Koordinaten des Zeigers 28 bezüglich des Werkstückes 26, gemäß Darstellung durch seine Zeichnungsabmessungen, können analytisch an jedem der gewünschten Gitterpunkte ermittelt werden, um die gewünschten entsprechenden Abstände A dort zu bewirken. Die analytisch ermittelten Koordinaten für die sechs Bewegungsgrade des Roboterarms und die zwei Bewegungsgrade des Montagetisches 24 können in der Steuerung 14 aufgezeichnet oder gespeichert werden.
Die Maschine kann dann so betrieben werden, dass sie dem analytisch ermittelten Pfad folgt und der Reihe nach den Laserstrahlpunkt 34a auf die gewünschten Gitterpunkte auf einem auf dem Tisch 24 tatsächlich montierte Werkstück 26 projiziert.
Da jedes Werkstück mit Fertigungstoleranzen behaftet ist, enthält die tatsächliche relative Position zwischen dem Laserzeiger 28 und dem auf dem Tisch 24 montierten tatsächlichen Werkstück einige Ungenauigkeiten. Jedoch können durch die Beobachtung des fokussierten Punktes 34a bei dessen Führung über den gewünschten Pfad auf einem tatsächlichen Werkstück 26 Fehlausrichtungen zu dem gewünschten Gitterpfad einfach beobachtet werden und alle ungenauen Abstände A, welche den Punkt 34a defokussieren, ebenfalls leicht beobachtet werden.
Der Maschinenbediener kann dann die Punktstelle bei jedem Gitterpunkt einstellen, indem er einen oder mehrere von den entsprechenden acht Bewegungsgraden des Roboterarms und des Montagetisches einstellt. Nach der korrekten Einstellung der Punktstelle auf dem entsprechenden Gitterpunkt können die aufgezeichneten Koordinaten in der Steuerung 14 in geeigneter Weise korrigiert werden, um somit den darin programmierten Pfad zu korrigieren.
Da Robotermaschinen inhärent eine Koordinatenmessfähigkeit besitzen, indem sie die Koordinaten aufzeichnen, die ihren Bewegungsgraden entsprechen, kann der Laserzeiger zusätzlich mit dieser Koordinatenmessfähigkeit für eine weitere Nutzung als zur Bearbeitung verwendet werden. Beispielsweise kann die Maschine unter Verwendung des Laserzeigers dafür verwendet werden, um genau verschiedene Dimensionen nach Wunsch von Punkt zu Punkt auf einem typischen Werkstück zu vermessen.
Da Gummi- oder Federkontaktzeiger notwendigerweise einen Kontakt mit dem Werkstück erfordern, ist die genaue Ermittlung des Werkzeugabstandes von dem Werkstück schwierig. Da der Laserzeiger das Werkstück nicht berührt, kann er dazu genutzt werden, um den Abstand des Laserzeigers selbst und dementsprechend der ansonsten identischen Plasmadüse genau zu messen.
Zeichnungsbeschriftungen

1

14: Steuerung

2

A: Kühlmittel
36: Laserenergieversorgung

4

14: Steuerung
A: Programmierter Pfad
B: Programm
C: Von Hand
D: Zeiger positionieren
E: Koordinaten aufzeigen
F: Analytisch
G: Zeiger positionieren
E: Koordinaten anpassen

Claims

Kalibrierungszeiger (28) für eine Robotermaschine (10) mit einem entfernbar in einer Aufnahme gelagerten Bearbeitungswerkzeug (18), um einen programmierbaren Pfad (42) über ein Werkstück (26) zu folgen, wobei der Kalibrierungszeiger (28) aufweist: ein Gehäuse (30), das wie das Werkzeug (18) zur Lagerung in der Aufnahme (16) geformt ist; gekennzeichnet durch: einen Laser (32), der innerhalb des Gehäuses (30) befestigt ist, um einen Laserstrahl (34) auf das Werkstück (26) zu senden, wobei der Laser (32) eine einstellbare Brennweite besitzt, um den Laserstrahl in einen fokussierten Punkt (34a) an entsprechend unterschiedlichen Abständen von dem Gehäuse (30) zu fokussieren, und eine abgesetzt angeordnete Energieversorgung (36), die zum Betrieb mit dem Laser über ein Energieversorgungskabel (38) verbunden ist.
Zeiger nach Anspruch 1, wobei: die Maschine (10) einen Mehrachsenarm (12) enthält, der an seinem distalen Ende das Maschinenwerkzeug in der Form einer Plamaspritzpistole (18) lagert; wobei die Pistole eine darin montierte Plasmaspritzdüse (20) enthält; und das Zeigergehäuse (30) eine zweite Plasmaspritzdüse mit dem abgedichtet darin befestigten Laser aufweist.
Zeiger nach Anspruch 2, wobei die zweite Düse (30) axial aufgeteilt ist, um eine Presspassung mit dem darin montierten Laser (32) zu erzeugen.
Zeiger nach Anspruch 2, wobei der Laser (32) dazu eingerichtet ist, einen sichtbaren Laserstrahl (34) auszusenden, um den fokussierten Brennfleck (34a) visuell zu erzeugen.
Zeiger nach Anspruch 2 in Kombination mit der Robotermaschine (10), und ferner aufweisend: eine programmierbare Steuerung (14), die mit dem Mehrachsenarm (12) zum Steuern von dessen Position betriebsmäßig verbunden ist; und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, dass sie einen programmierten Pfad für den auf den Arm gelagerten den Zeiger (28) enthält, um einen Abstand von dem Werkstück einzuhalten.
Verfahren zum Verwenden des Zeigers (28) gemäß Anspruch 5, mit dem Schritt: Befestigen des Zeigers in der Maschine; Betreiben der Maschine so, dass sie den Zeiger an dem Pfad entlang führt; und Projizieren des Laserstrahls auf einen fokussierten Brennpunkt (34a) auf dem Werkstück in einem Abstand davon.