DE602005006178T2 - Roboter zum Ausführen industrieller Arbeiten mittels eines durch eine im Inneren des Roboters angeordnete optische Faser geleiteten Laserstrahls - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Roboter, die verwendet werden, um industrielle Arbeitsvorgänge mit einem Laserstrahl durchzuführen, wie im Oberbegriff aus Anspruch 1 festgelegt. Ein derartiger Roboter ist aus JP-A-05 237 684 bekannt.
• Derselbe Anmelder entwickelt und vermarktet seit langem einen Roboter, bei dem die Lichtleitfaser, die den Laserstrahl zu dem Laserfokussierungskopf leitet, außerhalb des Roboterarms angeordnet ist, so dass es erforderlich ist, geeignete Halter außerhalb des Roboterarms anzuordnen. Der Anmelder verwendet ebenfalls seit langem Roboter mit hohlem Gelenk (Hollow Wrist) (siehe EP 0 873 826 B1 ), die drei röhrenförmige Elemente aufweisen, die zueinander rotierbar um drei jeweils koplanare Achsen angebracht sind und wobei die Zwischenachse einen anderen Winkel als 90° in Bezug auf jede der beiden anderen Achsen bildet. Bei der bekannten Lösung werden elektrische Versorgungskabel und Leitungen zur Zuführung von Flüssigkeiten, die mit einem Werkzeug verbunden sind (zum Beispiel einer elektrischen Punktschweißpistole), das auf dem Halter des Robotergelenks angebracht ist, durch das hohle Gelenk durchgeführt. In dem Dokument wird weder erwähnt noch vorgeschlagen, durch das hohle Gelenk ebenfalls eine Lichtleitfaser zum Zuführen eines Leistungslaserstrahls zu einem Laserfokussierungskopf anzuordnen.
• Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, den durchgehenden Hohlraum eines hohlen Robotergelenks zur Durchführung von Lichtleitfasern zu verwenden, die für die Signalübertragung zu und von einer auf dem Gelenkhalter des Roboters angebrachten Vor richtung gedacht sind. Diese Lösung lässt sich leicht in die Praxis umsetzen, da Lichtleitfasern, die zur Signalübertragung bestimmt sind, einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisen und daher flexibler sind, so dass Verformungen, die sie infolge von Roboterbewegungen während des normalen Betriebs erleiden, keine zu hohen Spannungen auf den Fasern erzeugen.
• Bei praktischen Ausführungsformen weisen Lichtleitfasern offensichtlich einen zentralen Kern, der die tatsächliche Lichtleitfaser darstellt, und eine äußere Schutzummantelung auf. Bei der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff Lichtleitfasern sowohl auf den rein theoretischen Fall einer „nackten" Lichtleitfaser als auch auf den Fall einer Lichtleitfaser, die mit einer Ummantelung versehen ist.
• JP-A-05 237 684 offenbart einen Roboter, bei dem eine Lichtleitfaser, die einen Laserleistungsstrahl zu einem Fokussierungskopf leitet, innerhalb eines Gelenkarms und eines hohlen Gelenks angeordnet ist.
• Um einen neuen Roboter zum Durchführen industrieller Arbeitsvorgänge mit Laserstrahl vorzuschlagen, welcher einfacher und kleiner ist als bekannte Roboter und der gleichzeitig leistungsfähig und zuverlässig ist, ist Zweck der vorliegenden Erfindung ein Roboter, der alle Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen festgelegt.
• Die Erfindung wird jetzt beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die nur als nicht einschränkendes Beispiel vorgesehen sind, bei denen:
• 1 bis 3 Schnittansichten von Varianten von Gelenkarmen von Industrierobotern sind, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehören.
• 4 eine Schnittansicht eines Gelenkarms eines Industrieroboters gemäß der Erfindung ist, der mit einem hohlen Gelenk und einer Reflexspiegelvorrichtung versehen ist.
• In den Zeichnungen bezieht sich Nummer 1 allgemein auf einen Roboter-Gelenkarm, der dafür vorgesehen ist, um eine Achse 2 mit Bezug auf eine an den Roboter angrenzende Struktur herum ein Gelenk zu bilden. Ein Robotergelenk 3 mit einer allgemein hohlen Form ist am distalen Ende des Gelenkarms angebracht. Die Struktur des hohlen Gelenks 3 ist grundsätzlich dieselbe wie diejenige, die in dem vorhergehenden europäischen Patent EP 0 873 826 31 dargestellt ist. Diese Struktur wird hier nicht ausführlich dargestellt, da sie an sich bekannt ist und da sie ferner an sich nicht in den Schutzbereich der Erfindung fällt. Hier soll nur die Tatsache erwähnt werden, dass das Gelenk 3 drei röhrenförmige Elemente aufweist, die aufeinander folgend angebracht, relativ zueinander um entsprechende Achsen 4, 5, 6 rotierbar sind, welche koplanar zueinander sind und so angeordnet sind, wie in der Figur dargestellt, wobei die Zwischenachse 5 einen anderen Winkel als 90° in Bezug auf jede der beiden Achsen 4, 6 bildet. Die Figur zeigt ebenfalls einen der Elektromotoren 40, die die Rotationen des Gelenks 3 über röhrenförmige, konzentrische Antriebswellen 1a, 1b steuern, welche innerhalb der Struktur des Arms 1 angeordnet sind und die ihrerseits einen inneren Kanal festlegen, der für die unten offenbarten Zwecke verwendet wird. Ein Halter 7 zum Befestigen eines Werkzeugs in dem speziellen Fall eines Fokussierungskopfes eines Laserstrahls (nur in 4 dargestellt) ist auf dem Endabschnitts des Gelenks 3 angebracht.
• Wie deutlich aus 1 ersichtlich ist, wird der innere Hohlraum des Arms 1 und des Gelenks 3 zum Befestigen einer Lichtleitfaser 8 (das heißt der echten Lichtleitfaser zusammen mit ihrer Ummantelung) zum Zuführen des Laserleistungsstrahls zu dem Laserfokussierungskopf verwendet. In den Zeichnungen sind bauliche Details des Laserfokussierungskopfs, der auf dem Halter 7 befestigt ist, nicht dargestellt, da er auf jegliche bekannte Art und Weise ausgeführt werden kann. Aus dem gleichen Grund zeigt 1 nicht den Endabschnitt der Lichtleitfaser 8, die mit dem Laserfokussierungskopf verbunden ist. Die Lichtleitfaser 8 ist innerhalb des hohlen Gelenks 3 und innerhalb des Arms 1 angeordnet. Um die Faser vor zu starken Torsionsverformungen aufgrund von Bewegungen des Roboterarms und des Gelenks während üblicher Bearbeitungsschritte zu schützen, ist ein Ende 8a der Lichtleitfaser 8 mit einem benachbarten Abschnitt 9 einer Lichtleitfaser über ein Drehgelenk 10 verbunden. Dieses Drehgelenk 10, das die beiden Lichtleitfasern 8, 9 miteinander verbindet, ist nur schematisch auf den Zeichnungen dargestellt. Ein derartiges Bauteil ist allerdings an sich bekannt und auf dem Markt erhältlich. Daher kann es auf jegliche Art und Weise nach bekannten Techniken ausgeführt werden.
• 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass das Drehgelenk 10 an dem Ende 8b nahe dem Gelenk angeordnet ist, statt an dem gegenüberliegenden Ende des Abschnitts der Lichtleitfaser 8 angeordnet zu sein. 3 zeigt eine weitere Variante, bei der der Abschnitt der Lichtleitfaser 8 an beiden Enden mit Drehgelenken versehen ist.
• 4 schließlich zeigt die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Lichtleitfaser 8 mit einem Drehgelenk 10 an seinem Ende 8a versehen ist, während sie an dem Ende 8b mit dem Verbindungselement 11 einer Vorrichtung 12, die einen Reflexspiegel aufweist, verbunden ist, um den Laserleistungsstrahl zu einem radialen Verbindungselement 13 zu senden, mit welchem ein weiteres Element einer Lichtleitfaser 14 verbunden ist, das den Laserstrahl zu dem Laserfokussierungskopf, der in 4 mit 15 bezeichnet ist, sendet.
• Obwohl der Grundgedanke der Erfindung der Gleiche bleibt, können offensichtlich bauliche Details und Ausführungsformen mit Bezug auf das, was beschrieben und dargestellt wurde, stark variieren, auch ohne über den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt, hinaus zu gehen.

Claims (5)

1. Roboter zum Durchführen industrieller Arbeitsvorgänge mit einem Laserstrahl, umfassend eine Struktur, die mindestens einen Gelenkarm (1) aufweist, welcher eine röhrenartige Form aufweist und mit einem Robotergelenk (3) endet, wobei Letzteres eine im Wesentliche röhrenförmige Hohlform aufweist, bei der das Gelenk (3) den vorgenannten Gelenkarm (1) mit einem Halter (7) verbindet, um einen Laserfokussierungskopf (15) darauf zu befestigen, so dass der Halter (7) um eine oder mehrere Achsen (4–6) in Bezug auf den Endpunkt des Gelenkarms (1) des Roboters rotieren kann, wobei der Roboter ferner einen oder mehrere elektrische Motoren (40) zum Steuern der Rotationen des Robotergelenks (3) um die Achsen (4–6) aufweist und wobei der Roboter ferner mit einem Laserfokussierungskopf (15) versehen ist, der auf dem Halter (7) befestigt ist, sowie mit einer Lichtleitfaser (8) zum Bringen eines Laserstrahls von einem Lasergenerator zu dem vorgenannten Fokussierungskopf (15), wobei die Lichtleitfaser, die den Leistungslaserstrahl zu dem Laserfokussierungskopf leitet, mindestens einen Abschnitt (8) aufweist, der innerhalb der Roboterstruktur angeordnet ist und insbesondere innerhalb des Gelenkarms (1) und innerhalb des hohlen Gelenks (3) des Roboters, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitfaserabschnitt (8) mit einem Drehgelenk (10) an einem Ende (8a) gegenüber dem hohlen Gelenk (3) versehen ist, während er in der Nähe des hohlen Gelenks (3) mit einem Verbindungselement (11) einer Reflexspiegelvorrichtung (12) verbunden ist, die den Leistungslaserstrahl in radialer Richtung zu einem weiteren Element einer Lichtleitfaser (14) sendet, die den Leistungslaserstrahl zu dem Laserfokussierungskopf (15) transportiert.
2. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Lichtleitfaser (8) mindestens ein Ende aufweist, das über das Drehgelenk (10) mit einem benachbarten Abschnitt einer Lichtleitfaser (9) verbunden ist.
3. Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle Gelenk von einer Art ist, die drei röhrenförmige Elemente aufweist, die aufeinander folgend angebracht, relativ zueinander um drei entsprechende koplanare Achsen (4, 5, 6) rotierbar sind, wobei die Zwischenachse (5) einen anderen Winkel als 90° in Bezug auf jede der beiden anderen Achsen bildet.
4. Industrieroboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Lichtleitfaserabschnitt (8) mit dem Drehgelenk (10) an seinem Ende (8a), das sich auf der gegenüberliegenden Seite des Gelenkarms in Bezug auf das Robotergelenk (3) angeordnet ist, befindet.
5. Industrieroboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Abschnitt der Lichtleitfaser (8) mit zwei Drehgelenken (10) versehen ist, die an seinen beiden Enden (8a, 8b) angebracht sind, und zwar an seinem Ende (8b), das sich neben dem hohlen Gelenk (3) befindet, und an seinem Ende (8a), das sich an der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf das hohle Gelenk (3) befindet.