DE69920081T2

DE69920081T2 - Robotersystem und Bearbeitungsverfahren mit einem Robotersystem

Info

Publication number: DE69920081T2
Application number: DE69920081T
Authority: DE
Inventors: akihiro Fujiyoshida-shi Terada; Toshihiko Inoue; Kazutaka Minamitsuru-gun Nakayama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: DE69920081D1; US7092791B2; JP3040372B2; EP0941815B1; JPH11254173A; EP0941815A2; US20020143435A1; EP0941815A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Robotersystem zum Bearbeiten eines Werkstücks durch eine Werkzeugeinheit, die an einem körperfernen Ende eines bewegbaren Roboterarms angebracht ist, und ein Verfahren zum Bearbeiten mit einem derartigen Roboter. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Robotersystem, das zur Schneidbearbeitung eines Endes eines Rohrs möglicherweise in einer Sattelform und möglicherweise zum Ausbilden eines Lochs in einer Seitenfläche des Rohrs geeignet ist, und ein Verfahren zum Bearbeiten unter Benutzung des Robotersystems.
In den vergangenen Jahren gab es viele Fälle, in denen Rohre für Teile einer Radaufhängung eines Automobiles verwendet wurden. Mit Zunahme der Verwendung von Rohren für Teile der Automobil-Radaufhängung gab es eine Zunahme der Bearbeitungsvorgänge zum Schneidbearbeiten einer Endfläche eines Rohrs W in einer Sattelform und der Bearbeitungsvorgänge zum Ausbilden eines Lochs in einer Seitenfläche eines Rohrteils, wie dies in 11 gezeigt ist. Bei dem Bearbeitungsvorgang zum Schneidbearbeiten in einer Sattelform und zum Ausbilden eines Lochs in einer Seitenfläche eines Rohrs muss ein Bearbeitungswerkzeug in einem dreidimensionalen Raum präzise arbeiten, und selbst dann, wenn der Bearbeitungsvorgang mittels eines Roboters ausgeführt wird, ist eine Wegsteuerungsfunktion erforderlich, die ein höheres Maß an Genauigkeit als dasjenige einer gewöhnlichen betreffenden Funktion aufweist.
Zum Ausführen eines Bearbeitungsvorgangs mittels eines Roboters an einem Werkstück, das keine plattenartige Form hat, wie ein zylindrisches Werkstück, ein Werkstück, das einen elliptischen Querschnitt hat, ein Prisma oder eine Pyramide, ist beim Stand der Technik ein Schneidbearbei tungswerkzeug an einem körperfernen Ende eines bewegbaren Arms des Roboters unter einem vorbestimmten Winkel angebracht, und die Bearbeitung wird durch ein vollständiges Betätigen einer Vielzahl von Achsen des bewegbaren Roboterarms ausgeführt, wie dies in 13 gezeigt ist.
In dem Fall, der in 13 gezeigt ist, wird ein Schneidbearbeitungswerkzeug 2 in Form eines Laser-Mundstücks, das an dem körperfernen Ende eines bewegbaren Arms 100 des Roboters angebracht ist, dazu gebracht, dass es dem Werkstück W einer Rohrform gegenübersteht, und es werden eine Vielzahl von bewegbaren Armen des Roboters angetrieben, um das körperferne Ende des bewegbaren Arms 100 in bezug auf das Werkstück W zu drehen, wie dies durch einen Doppelpfeil Q angedeutet ist, um dadurch das Werkstück W einer Schneidbearbeitung zu umterziehen, um dadurch das Werkstück schneidzubearbeiten oder ein Loch in dem Werkstück W auszubilden. Wie beschrieben wird die Präzision einer bearbeiteten Fläche, da der Bearbeitungsvorgang durch vollständiges Betätigen der Vielzahl von Achsen des bewegbaren Roboterarms ausgeführt wird, durch Schwingungen des Roboters herabgesetzt.
Ferner wird bei der Bearbeitung eines Werkstücks einer Rohrform unter Benutzung eines herkömmlichen Roboters eine schneidbearbeitete Fläche S1 des rohrfömrigen Werkstücks W senkrecht zu der Umfangsoberfläche des Werkstücks W ausgebildet, wie dies in 12a gezeigt ist, und die Bearbeitung zum Ausbilden einer schrägen schneidbearbeiteten Fläche S2 unter einem Winkel relativ zu der Umfangsoberfläche, wie sie in 12b gezeigt ist, kann nicht durchgeführt werden. Wenn Rohre geschweißt werden, um sie zu verbinden, wie dies in 11 gezeigt ist, ist es schwierig, ein feste Schweißung auszuführen, wenn die schneidbearbeitete Fläche S1 senkrecht zu einer Umfangsoberfläche eines Rohrs liegt, wie dies in 12a gezeigt ist, und die Bearbeitung durch Schneidbearbeitung eines Rohrs in einer Sattel form, die durch den herkömmlichen Roboter durchgeführt wird, ist nicht für das Schweißen zum Ausbilden einer Verbindung geeignet.
Beispiele für ein sattelförmiges Schweißen zum Verbinden von rohrförmigen Teilen können in den Druckschriften JP-A-63278617, JP-50021478 u. EP-A-0672496 gefunden werden.
Ein Robotersystem gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 ist in der Druckschrift EP-A-02 855661 offenbart.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Robotersystem zu schaffen, das in der Lage ist, einen oder mehrere der folgenden Vorgänge auszuführen, nämlich präzise und einfach eine Schneidbearbeitung einer Endfläche eines Rohrs, möglicherweise in einer Sattelform, Ausbilden eines Lochs in einer Seitenfläche eines Rohrs und ferner Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstücks, das eine dreidimensionale Form hat.
Ein Robotersystem gemäß der vorliegendeen Erfindung umfasst einen bewegbaren Arm, der eine Vielzahl von Gliedern enthält, die durch Gelenke verbunden sind, und durch eine Roboter-Steuereinrichtung gesteuert wird, die eine Software-Verarbeitungsfunktion hat, und eine Werkzeugeinheit, die auf dem körperfernen Ende des bewegbaren Arms montiert ist und ein Endwirkorgan hat, das von der körperfernen Rotationsachse des bewegbaren Arms einen Abstand aufweist und auf die körperferne Rotationsachse gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugeinheit zumindest eine variable Achse zum Variieren einer Position und/oder einer Richtung des Endwirkorgans in Bezug auf die körperferne Rotationsachse des bewegbaren Arms hat. Ferner kann die Werkzeugeinheit mit einer variablen Achse zum linearen Bewegen des Endwirkorgans und/oder Drehen des Endwirkorgans derselben versehen sein.
Beim Bearbeiten eines Werkstücks einer Rohrform unter Benutzung eines Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung kann die körperferne Rotationsachse des bewegbaren Roboterarms dazu gebracht werden, dass sie mit einer zentralen Achse des rohrförmigen Werkstücks zusammenfällt, und die körperferne Achse des bewegbareen Roboterarms kann gedreht werden, um das Werkstück durch die Werkzeugeinheit zu bearbeiten.
1 zeigt ein Blockschaltbild grundlegender Teile eines Ausführungsbeispiels einer Roboter-Steuereinrichtung, die in einem Robotersystem gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das nicht mit der Erfindung übereinstimmt.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4a u. 4b zeigen schematische Ansichten, die einen Schneidbearbeitungs-Vorgang für ein Rohr, das einen elliptischen Querschnitt hat, und ein Rohr, das einen quadratischen Querschnitt hat, durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
5 zeigt eine schematische Ansicht, die eine geneigte Schneidbearbeitung darstellt, die durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bewirkt wird.
6a u. 6b zeigen schematische Ansichten des Verbindens eines Rohrs und eines Werkstücks, das durch eine geneigte Schneidbearbeitung schneidbearbeitet ist.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung
10 zeigt eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinheit gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt eine schematische Ansicht, die das Verbinden von Rohren darstellt.
12a u. 12b zeigen schematische Ansichten, die eine Beziehung zwischen einer schneidbearbeiteten Fläche eines rohrförmigen Werkstücks und eines Rohrs beim Verbinden darstellen.
13 zeigt eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Bearbeitungsverfahren darstellt, bei dem ein rohrförmiges Werkstück mittels eins Roboters schneidbearbeitet wird.
14 zeigt ein Beispiel für ein Flussdiagramm einer Einlernvorgangs-Verarbeitung zum Bearbeiten gemäß der Erfindung.
15 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Flussdiagramm einer Verarbeitung zum Bearbeiten gemäß der Erfindung.
16 zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Gewinnen einer Berechnungsgleichung zum Berechnen eines Wegs eines körperfernen Endes einer Werkzeugeinheit bei einer Sattelform-Bearbeitung.
17 zeigt eine zusätzliche schematische Ansicht einer Anordnung zum Gewinnen der Berechnungsgleichung zum Berechnen eines Wegs eines körperfernen Endes einer Werkzeugeinheit bei einer Sattelform-Bearbeitung.
Im folgenden wird eine Beschreibung eines Beispiels für ein Laser-Bearbeitungs-Robotersystem zur Schneidbearbeitung eines Werkstücks oder Ausbildung eines Lochs in einem Werkstück durch Laser unter Benutzung eines Laser-Mundstücks als ein Schneidbearbeitungswerkzeug, das an einem körperfernen Ende einer Werkzeugeinheit vorgesehen ist, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung gegeben.
1 zeigt ein Blockschaltbild, das grundlegende Teile einer Hardware-Architektur einer Roboter-Steuereinrichtung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt, und die Architektur ist die gleiche wie diejenige einer herkömmlichen Roboter-Steuereinrichtung.
Ein Bus 107 ist mit einer Haupt-CPU 101, einem Speicher 102, der einen RAM, einen ROM und einen nichtflüchtigen Speicher (EEPROM) enthält, einer Schnittstelle 103 für ein Einlern-Schaltfeld, einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 106 für externe Einrichtungen und einer Servo-Steuereinheit 105 verbunden.
Ein Einlern-Schaltfeld 104, das mit der Schnittstelle 103 verbunden ist, ist ein gewöhnliches Einlern-Schaltfeld mit einer Anzeigefunktion durch eine Flüssigkristallanzeige LCD, und eine Bedienungsperson kann sowohl Einlernvorgänge, Modifizierungen und Registrierungen eines Betriebsprogramms für den Roboter und ein Setzen verschiedener Parameter als auch eine Befehlsgabe für einen Wiedergabevorgang für ein eingelerntes Betriebsprogramm und einen Ablaufvorgang durch manuelle Betätigung des Einlern-Schaltfelds 104 durchführen. Ferner wird die Anzeige zur Information der Bedienungsperson und zur Anzeige eingegebener Daten und von Simulationsergebnissen benutzt.
In dem ROM des Speichers 102 ist ein Systemprogramm zum Unterstützen grundlegender Funktionen des Roboters und der Roboter-Steuereinrichtung gespeichert. Ferner sind in dem nichtflüchtigen Speicherteil des Speichers 102 das Betriebsprogramm des Roboters, das in Übereinstimmung mit einer Anwendung eingelernt ist, und darauf bezogene gesetzte Daten gespeichert. Der RAM des Speichers 102 wird ferner zum vorübergehenden Speichern von Daten für verschiedene Berechnungsverarbeitungen benutzt, die durch die CFU 101 ausgeführt werden.
Die Servo-Steuereinheit 105 umfasst Servo-Regeleinrichtungen #1–#5 (n: Summe der gesamten Anzahl von Achsen des Roboters und der Anzahl von variablen Achsen in einer Werkzeugeinheit), empfängt einen Bewegungsbefehl, der durch Berechnungsverarbeitung zum Steuern des Roboters (Wegplanung, Interpolation und Invers-Transformation, die darauf basiert) erzeugt ist, und regelt Servo-Motoren als Aktoren für jeweilige Achsenmechanismen des Roboters über jeweilige Servo-Verstärker.
Ferner sind externe Eingabe/Ausgabe-Schaltungen, die mit der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 106 verbunden sind, mit Sensoren, die auf dem Roboter und den Aktoren vorgesehen sind, und Sensoren bei peripheren Einrichtungen, insbesondere mit einem Laser-Oszillator 108 im Zusammenhang mit den später beschriebenen Ausführungsbeispielen verbunden. An einem körperfernen Ende eines bewegbaren Arms des Roboters ist eine Werkzeugeinheit angebracht, die ein Laser-Mundstück hat, und es wird ein Laser-Strahl, der von dem Laser- Oszillator 108 ausgegeben wird, von einem Bearbeitungs-Mundstück auf ein Werkstück ausgestrahlt, um dadurch eine Schneidbearbeitung des Werkstücks durchzuführen.
Der Aufbau der zuvor beschriebenen Roboter-Steuereinrichtung ist von demjenigen einer herkömmlichen Roboter-Steuereinrichtung nicht verschieden. Ein Robotersystem gemäß der Erfindung unterscheidet sich jedoch von dem herkömmlichen dadurch, dass die Werkzeugeinheit an dem körperfernen Ende des bewegbaren Arms des Roboters angebracht ist und dass, wenn die Werkzeugeinheit ein bewegbares Element hat, das bewegbare Element der Werkzeugeinheit ebenfalls als eine zusätzliche Achse durch die Servo-Steuereinheit 105 in der Roboter-Steuereinrichtung gesteuert wird.
2 zeigt eine schematische Ansicht grundlegender Teile gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das nicht der Erfindung entspricht.
An einem körperfernen Ende eines bewegbaren Roboterarms 100 ist eine Roboterhand 1a vorgesehen, und an der Roboterhand 1a ist eine Werkzeugeinheit 10 derart angebracht, dass die Rotationsmittelachse der Roboterhand, als eine körperferne Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms 100 mit dem Rotationszentrum der Werkzeugeinheit 10 zusammenfällt. Die Werkzeugeinheit 10 umfasst einen Anbringungsteil 10a zum Anbringen der Werkzeugeinheit 10 an der Roboterhand 1a, ein Glied 10b in Form eines "L", das sich von dem Anbringungsteil senkrecht zu der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarm 100 erstreckt und gebogen ist, um sich parallel zu der Rotationsendachse 1 zu erstrecken, und ein Bearbeitungs-Mundstück 2, das derart an einem körperfernen Ende des Glieds 10b angebracht ist, dass eine Laser-Ausstrahlungsrichtung senkrecht zu der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms 100 gegeben ist.
Zum Durchführen eines Schneidbearbeitungs-Vorgangs an einer Endfläche des Werkstücks W, das eine Rohrform hat, durch den Roboter, der die Werkzeugeinheit 10 hat, wird der Roboter derart positioniert, dass die Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms 100 (die Rotationsmittelachse der Roboterhand 1a) mit einer zentralen Achse des rohrförmigen Werkstücks W zusammenfällt und sich das Bearbeitungs-Mundstück 3 in einer Schneidbearbeitungs-Position auf dem Werkstück W befindet. Dann wird ein Laser-Strahl von dem Bearbeitungs-Mundstück 2 auf das Werkstück W abgestrahlt, während sich die Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms 100 dreht, um dadurch das Werkstück W einer Schneidbearbeitung zu unterziehen.
Bei dieser Schneidbearbeitung des Werkstücks W, das eine Rohrform hat, wird nur die Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms 100 während des Vorgangs gedreht, wodurch die Bearbeitungspräzision hoch ist und der Bearbeitungsvorgang einfach ausgeführt werden kann.
Die Schneidbearbeitungs-Position in axialer Richtung des Werkstücks W (Links- und Rechtsrichtung in 2) kann bis zu einem gewissen Grad durch Bewegen der Position der Roboterhand 1a in der Links- und Rechtsrichtung in 2 gewählt werden. Es gibt jedoch einen begrenzten Durchmesser des Werkstücks W, bei dem das Werkstück W nur durch Drehen der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms unter Benutzung der Werkzeugeinheit 10 schneidbearbeitet werden kann. Bezüglich eines Rohrs, das einen Radius hat, der größer eine Distanz zwischen der Rotationsmittelachse der Werkzeugeinheit 10 (der Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms) und dem körperfernen Ende des Bearbeitungs-Mundstücks 2, d. h. größer als ein Verschiebungs- oder Voreinstellungsbetrag des Bearbeitungs-Mundstücks ist, kann das Werkstück nicht nur durch Drehen der Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms schneidbearbeitet werden. In diesem Fall muss der Bearbeitungsvorgang durch vollständiges Antreiben einer Vielzahl von Achsen des Roboters ausge führt werden.
Ferner können Werkstücke, wie ein quadratisches, prismaförmiges Rohr, das durch eine Kombination von Flächen gebildet ist, und ein ellipsenförmiges Rohr, die keine zylindrische Formen sind, oder Werkstücke, für die eine Sattelform-Schneidbearbeitung eines zylindrischen Rohrs erforderlich ist, nicht mit dem Roboter, der die Werkzeugeinheit 10 hat, nur durch Drehen der Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms schneidbearbeitet werden. Bei einem solchen Bearbeitungsvorgang ist eine Vielzahl von variablen Achsen eines Roboters anzutreiben.
Im Hinblick auf das Vorstehende wird eine Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels gegeben, das eine Werkzeugeinheit hat, die in der Lage ist, Werkstücke zu bearbeiten, die verschiedene Formen haben, und die in der Lage ist, eine Schneidbearbeitung in einer Sattelform durchzuführen und ein Loch in einer Oberfläche eines Werkstücks einer Rohrform durch Vorsehen einer oder mehrerer zusätzlicher, variabler Achse in der Werkzeugeinheit auszubilden (s. 3).
Eine Werkzeugeinheit 11, die schematisch in 3 gezeigt ist, umfasst einen Anbringungsteil 11a zum Anbringen der Werkzeugeinheit an der Roboterhand 1a, die eine Rotationsendachse 1 an einem körperfernen Ende des bewegbaren Roboterarms hat, eine erste zusätzliche variable Achse 11b zum Durchführen von Verlängerungs- und Rückziehbewegungen von dem Anbringungsteil 11a aus senkrecht zu der Rotationsendachse 1 des bewegbare Roboteerarms, ein zweite zusätzliche variable Achse 11e, die senkrecht mit einem körperfernen Ende der ersten zusätzlichen variablen Achse 11b zum Durchführen von Verlängerungs- und Rückziehbewegungen in der Richtung der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Arms des Roboters verbunden ist, und das Bearbeitungs-Mundstück 2, das derart an einem körperfernen Ende der zweiten zusätzli chen variablen Achse 11c angebracht ist, dass eine Laser-Abstrahlrichtung senkrecht zu der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms liegt.
Jede der zuvor beschriebenen ersten und zweiten zusätzlichen variablen Achsen ist durch einen Drehbewegungs/Linearbewegungs-Wandlermechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung eines Motors in eine Linearbewegung, wie durch einen Linearmechanismus unter Benutzung eines Motors und einer Kugelumlaufspindel oder unter Benutzung eines Hebelteils gebildet. Ferner kann ein Luftzylinder oder eine Linearführung, die durch einen Servo-Motor angetrieben wird, benutzt werden.
Die Motoren zum Antreiben der ersten und zweiten zusätzlichen variablen Achsen 11b u. 11c, die zuvor beschrieben wurden, werden jeweils durch Servo-Steuerung mittels Servo-Regeleinrichtungen zum Steuern der zusätzlichen Achsen in der Servo-Steuereinheit 105 der Roboter-Steuereinrichtung gesteuert.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können durch Vorsehen der ersten zusätzlichen variablen Achse 11b Werkstücke W schneidbearbeitet werden, die verschiedene Durchmesser haben. Das bedeutet, dass durch Antreiben der ersten zusätzlichen variablen Achse eine Distanz (Voreinstellung- oder Verschiebungsdistanz) zwischen dem körperfernen Ende des Bearbeitungs-Mundstücks 2 und der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms, der die Rotationsmittelachse der Werkzeugeinheit 11 ist, in Übereinstimmung mit dem Radius des Werkstücks W einer Rohrform, das einer Schneidbearbeitung zu unterziehen ist, eingestellt werden kann. Bei dem Schneidbearbeitungs-Vorgang wird ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Roboter derart positioniert, dass die zentrale Achse des Werkstücks W mit dem Zentrum der Roboterhand (der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms und der Rotationsmittelachse der Werkzeugeinheit 11) zusammenfällt, und ein Wirkende des Bearbeitungs-Mundstücks wird in einer Schneidbearbeitungs-Position (in Links- und Rechtsrichtung in 3) des Werkstücks W durch Antreiben der zweiten zusätzlichen variablen Achse 11e positioniert. Dann wird ein Laser-Strahl von dem Bearbeitungs-Mundstück 2 auf das Werkstück W abgestrahlt. um das Werkstück W einer Schneidbearbeitung zu unterziehen, während die Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms gedreht wird.
Ferner kann durch Durchführen einer Drehung der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms und Antreiben der zweiten variablen Achse 11c in Synchronismus eine Schneidbearbeitung in einer Sattelform, die durch eine gestrichelte Linie in 3 gekennzeichnet ist, oder eine Ausbildung eines Lochs in der Oberfläche des Werkstücks W ausgeführt werden. Das bedeutet, dass eine Sattelform-Schneidbearbeitung durch zweimaliges Hin- u. Herbewegen der zweiten zusätzlichen variablen Achse 11e mit einem vorbestimmten Hub synchron mit einer Drehung der Rotationsendachse des bewegbaren Arms während einer Umdrehung der Endachse ausgeführt werden kann. Ferner kann ein Loch in einer Oberfläche des Werkstücks W einer Rohrform durch Hin- u. Herbewegen der zweiten zusätzlichen variablen Achse 11e mit einem vorbestimmten Hub während einer Periode, in der die Rotationsendachse 1 in einer Richtung um einen vorbestimm-ten Winkel gedreht wird, und nachfolgendes Hin- u. Herbewegen der zweiten zusätzlichen variablen Achse 11e in umgekehrter Richtung mit dem vorbestimmten Hub während einer Periode, in der die Rotationsendachse in umgekehrter Richtung um den vorbestimmten Winkel gedreht wird, ausgebildet werden.
Ferner kann durch Synchronisierung der Drehung der Rotationsendachse 1 mit der Bewegung der ersten zusätzlichen variablen Achse ein Schneidbearbeitungs-Vorgang an einem rohrförmigen Werkstück W, das einen elliptischen Querschnitt hat, oder an einem rohrförmigen Werkstück W, das einen quadratischen Querschnitt hat, ausgeführt werden, wie dies in 4a u. 4b gezeigt ist.
Das bedeutet, dass der Roboter durch Vorsehen der ersten zusätzlichen variablen Achse 11b in der Werkzeugeinheit 11 Schneidbearbeitungs-Vorgänge an Werkstücken W in Form von zylindrischen Rohren, die verschiedene Durchmesser haben, oder einen Schneidbearbeitungs-Vorgang an einem Rohr, das einen elliptischen Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt hat, ausführen kann. Ferner kann der Roboter durch Vorsehen der zweiten zusätzlichen variablen Achse 11e in der Werkzeugeinheit 11 das Ausbilden eines Lochs in einer Oberfläche eines Rohrs und eine Schneidbearbeitung in einer Sattelform an einer Endfläche eines Rohrs durch Antreiben der zusätzlichen variablen Achse 11e der Werkzeugeinheit 11 nur durch Drehen der Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms ausführen. Ferner kann der Roboter durch Vorsehen der ersten und zweiten zusätzlichen variablen Achsen 11b u. 11e in der Werkzeugeinheit 11 Werkstücke W in Form von zylindrischen Rohren schneidbearbeiten, die verschiedene Durchmesser haben, kann eine Schneidbearbeitung in Sattelform, eine Schneidbearbeitung eines Rohrs, das einen elliptischen oder einen quadratischen Querschnitt hat, und ein Ausbilden eines Lochs in einer Oberfläche eines Rohrs nur durch Drehen der Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters ausführen.
Mit dem Roboter, der die Werkzeugeinheit 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat, wie sie in 5 gezeigt ist, wird durch Drehen der Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms (Rotationsachse der Werkzeugeinheit 11) und Steuern der ersten und zweiten zusätzlichen variablen Achsen 11b u. 11c synchron mit der Drehung der Rotationsendachse des bewegbaren Roboterarms während eines Haltens der Rotationsendachse und der zentralen Achse eines Werkstücks W einer Rohrform unter einem vorbestimmten Winkel dazwischen das Werkstück W einer Rohrform schneidbearbeitet, um einen Endteil zu gewinnen, der in geeigneter Weise zum Verbinden mit einem anderen Rohr P geneigt ist, wie dies in 6a und 6b gezeigt ist. Das bedeutet, dass wenn das Werkstück W mit einem Rohr P zu verbinden ist, wie dies in 6a u. 6b gezeigt ist, eine Bearbeitung, wie sie in 5 gezeigt ist, ausgeführt wird, um den Endteil des Werkstücks W einer Schneidbearbeitung zu unterziehen.
7 zeigt eine Ansicht, die wesentliche Teile eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung darstellt. Das dritte Ausführungsbeispiel wird bei der Bearbeitung einer Vielzahl kleiner Rohre oder in dem Fall benutzt, in dem ein Teil eines nach dem Baukastenprinzip konstruierten Teils schneidbearbeitet wird.
Eine Werkzeugeinheit 12 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist gebildet durch: ein Anbringungsteil 12a zum Anbringen der Werkzeugeinheit 12 an der Roboterhand 1a, eine Achse 12b in einer L-Form, die sich von dem Anbringungsteil 12a parallel zu einer Anbringungsfläche der Roboterhand 1a (senkrecht zu der Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters) erstreckt und senkrecht an einem körperfernen Ende derselben gebogen ist, eine zusätzliche Rotationsachse 12c, die an einem körperfernen Ende der Achse 12b vorgesehen ist, eine erste zusätzliche variable Achse 12d, die mit der zusätzlichen Rotationsachse 12c zum Verlängern und Zurückziehen in einer Richtung parallel zu der Anbringungsfläche der Roboterhand 1a verbunden ist, eine zweite variable Achse 12e, die an einem körperfernen Ende der ersten variablen Achse 12d zum Verlängern und Zurückziehen in einer Richtung senkrecht zu der ersten zusätzlichen Achse 12d verbunden ist, und das Bearbeitungs-Mundstück 2, das an dem körperfernen Ende der zweiten zusätzlichen vairiablen Achse 12e angebracht ist, wobei die Richtung der Laser-Strahl-Abstrahlung in einer Richtung senkrecht zu der zusätzlichen Rotationsachse 12c (der Rotationsendachse des bewegbareen Arms des Roboters) liegt.
Wenn ein Endteil eines Werkstücks W, das aus einem kleinen Rohr besteht, schneidbearbeitet wird, wird der Roboter derart positioniert, dass eine zentrale Achse des Werkstücks W, das einer Schneidbearbeitung zu unterziehen ist, und die Rotationsmittelachse der zusätzlichen Rotationsachse 12c miteinander zusammenfallen und eine Endfläche des Werkstücks W, das einer Schneidbearbeitung zu unterziehen ist, und eine Endfläche der zusätzlichen Rotationsachse 12c einander gegenüberliegen. Ferner wird das Bearbeitungs-Mundstück 2 in einer Position zur Schneidbearbeitung des Werkstücks W durch Antreiben der ersten und zweiten zusätzlichen variablen Achsen 12d u. 12e positioniert, und danach wird die zusätzliche Rotationsachse 12c gedreht, während ein Laser-Strahl von dem Bearbeitungs-Mundstück 2 abgestrahlt wird, wodurch die Endfläche des Werkstücks W schneidbearbeitet wird.
Ferner kann, wenn eine Schneidbearbeitung in Sattelform oder ein Ausbilden eines Lochs in einer peripheren Fläche des Werkstücks W ausgeführt wird, die zweite zusätzliche variable Achse 12c synchron mit der Drehung der zusätzlichen Rotationsachse 12c angetrieben werden, was für das zweite Ausführungsbeispiel erklärt worden ist. Ferner wird, wenn ein Werkstück W, das aus einem kleinen Rohr besteht, einen elliptischen Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt hat, ein Schneidbearbeitungs-Vorgang durch Synchronisieren der Drehung der zusätzlichen Rotationsachse 12c und des Antreibens der zusätzlichen variablen Achse 12d ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird, wenn das Werkstück W schneidbearbeitet wird, die variable Achse des Roboters nicht angetrieben, und der Roboter an sich verbleibt in einem stationären Zustand und behält eine vorbestimmte Position und Stellung bei. Die Bearbeitungsgenauigkeit wird verbessert, da die variable Achse des Roboters nicht angetrieben wird.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist anders als in dem Fall des Ausführens des Bearbeitungs-Verfahrens, das in 5 gezeigt ist, die Richtung des Abstrahlens eines Laser-Strahls von dem Bearbeitungs-Mundstück 2 eine Richtung senkrecht zu der peripheren Fläche des Werkstücks W, und die schneidbearbeitete Fläche liegt senkrecht zu der peripheren Fläche des Werkstücks W. Auf diese Weise wird nur ein Abschnitt senkrecht zu der zentralen Achse des rohrförmigen Werkstücks W gewonnen. Wenn ein Rohr in einer Sattelform schneidbearbeitet wird und eine schneidbearbeitete Fläche, die in der Sattelform schneidbearbeitet ist, mit der peripheren Fläche eines anderen Rohrs in Berührung gebracht wird, wie dies in 11 gezeigt, um eine Schweißung der Sattelform auszuführen, schafft die schneidbearbeitete Fläche, die senkrecht zu der peripheren Fläche des Rohrs liegt, einen Verbindungszustand, wie er in 12a gezeigt ist, der den Schweißvorgang schwierig macht, und es wird keine Schweißung hoher Festigkeit gewonnen. Wenn jedoch eine schneidbearbeitete Fläche, die einen willkürlichen Winkel relativ zu der Oberfläche des Rohrs hat, gewonnen werden kann, wie dies in 12b gezeigt ist, werden die schneidbearbeitete Fläche und die periphere Fläche des anderen Rohrs in enge Berührung miteinander gebracht, und die Schweißung wird in der Verbindungsposition erleichtert und führt zu einer festen Verbindung.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf 8 eine Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels gegeben, bei dem eine schneidbearbeitete Fläche, die einen willkürlichen Winkel relativ zu der peripheren Fläche eines Rohrs hat, gewonnen wird.
Eine Werkzeugeinheit 13 umfasst einen Anbringungsteil 13a zum Anbringen der Werkzeugeinheit 13 an der Roboterhand 1a, eine Achse 13b, die sich von dem Anbringungsteil 13a aus senkrecht zu der Rotationsendachse des bewegbareen Arms des Roboters erstreckt, und eine zusätzliche Dreh- oder Schwenkachse 13c zum winkelmäßigen Bewegen einer ersten zusätzlichen variablen Achse 13d relativ zu der Achse 13b. Die erste zusätzliche variable Achse 13d ist durch einen Aufbau gebildet, der in der Lage ist, sein körperfernes Ende über einen Mechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung eines Motors oder einer Kugelumlaufspindel in eine lineare Bewegung linear zu bewegen.
Ferner ist die Werkzeugeinheit 13 mit einer zweiten zusätzlichen variablen Achse 13e, die senkrecht mit einem körperfernen Ende der ersten zusätzlichen variablen Achse 13d zum linearen Bewegen eines körperfernen Endes derselben durch einen Mechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearnewegung ähnlich wie die erste zusätzliche variable Achse 13d verbunden ist, und dem Bearbeitungs-Mundstück 2 versehen, das an einem körperfernen Ende der zweiten zusätzlichen variablen Achse 13e angebracht ist.
Wenn ein Schneidbearbeitungsvorgang in einer Sattelform an einem Werkstück W einer Rohrform ausgeführt wird, wird der Roboter derart positioniert, dass die zentrale Achse des Werkstücks W einer Rohrform und die Rotationsendachse 1 des bewegbaren Arms des Roboters dazu gebracht werden, miteinander zusammenzufallen und die Roboterhand 1a und eine Endfläche des Werkstücks W einander gegenüberliegen. Die Rotationsachse 13c wird unter einem Drehwinkel positioniert, um einen Winkel einer schneidbearbeiteten Fläche beim Starten des Schneidbearbeitungs-Vorgangs zu schaffen. Ferner wird das Bearbeitungs-Mundstück 2 durch Antreiben der ersten und zweiten varablen Achsen 13d u. 13e in einer Schneidbearbeitungs-Startposition positioniert. Ferner werden die Rotationsachse 13c und die ersten und zweiten zusätzlichen variablen Achsen 13d u. 13e in Übereinstimmung mit einem eingelernten Programm, während die Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters gedreht wird, synchron mit der Drehung gesteuert, um angetrieben zu werden, wodurch ein Schneidbearbeitungs-Vorgang ausgeführt wird, der das Werkstück W mit einer willkürlichen Schneidbearbeitungsform wie derjenigen einer Sattelform-Schneidbearbeitung versieht, oder ein Loch ausgebildet wird. Ferner kann auch das vierte Ausführungsbeispiel ein Werkstück schneidbearbeiten, das nicht durch eine einzige Ebene gebildet ist, wie ein Rohr, das einen Abschnitt in einer zylindrischen Form hat, ein Rohr, das einen Abschnitt in einer elliptischen Prismaform hat, oder ein Rohr, das einen Abschnitt in einer quadratischen Prismaform hat.
Das zuvor beschriebene vierte Ausführungsbeispiel hat eingeschränkte Eigenschaften hinsichtlich der Größe (Durchmesser) des zu bearbeitenden Werkstücks W.
9 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, das die Einschränkung vermindert.
Gemäß einer Werkzeugeinheit 14, die in dem fünften Ausführungsbeispiel benutzt wird, ist die Achse 13b in dem vierten Ausführungsbeispiel in eine variable Achse geändert. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist mit einem Anbringungsteil 14a zum Anbringen der Werkzeugeinheit 14 an der Roboterhand 1a, einer ersten zusätzlichen variablen Achse 14b, die sich von dem Anbringungsteil 14a aus senkrecht zu der Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters erstreckt, wobei ein körperfernes Ende derselben linear bewegt wird, und einer Dreh- oder Schwenkachse 14c zum winkelmäßigen Bewegen einer zweiten zusätzlichen variablen Achse 14d relativ zu der ersten zusätzlichen variablen Achse 14b versehen. Es ist ferner mit einer dritten zusätzlichen variablen Achse 14e, die senkrecht mit einem körperfernen Ende der zweiten zusätzlichen variablen Achse 14d zum linearen Bewegen ihres körperfernen Endes verbunden ist, und dem Bearbeitungs-Mundstück 2 versehen, das an einem körperfernen Ende der dritten zusätzlichen variablen Achse 14e angebracht ist. Jede der zuvor beschriebenen er sten, zweiten und dritten zusätzlichen variablen Achsen 14b, 14d u. 14e ist durch einen Aufbau gebildet, in dem ihr körperfernes Ende durch einen Mechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung eines Motors oder einer Kugelumlaufspindel in eine Linearbewegung linear bewegt werden kann.
Ein Unterschied zwischen dem fünften Ausführungsbeispiel und dem vierten Ausführungsbeispiel betrifft die Frage, ob die Achse 14b (13b), die sich von dem Anbringungsteil 14a (13a) aus senkrecht zu der Rotationsendachse des bewegbaren Arms erstreckt, linear bewegt wird oder nicht, wie dies zuvor erwähnt wurde. Wie aus einem Vergleich von 8 mit 9 ersichtlich wird das Ausführen des Bearbeitungsvorgangs im Hinblick auf eine Änderung des Durchmessers des Werkstücks, im Hinblick auf die Neigung der schneidbearbeiteten Fläche und auch im Hinblick auf den Freiheitsgrad bezüglich eines Abstands von der Endfläche des Werkstücks zu der Schneidbearbeitungsposition durch das fünfte Ausführungsbeispiel, in dem eine variable Achse verlängert ist, erleichtert.
10 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist eine Werkzeugeinheit vorgesehen, die leicht zu positionieren ist und leicht ein Rohr eines Bearbeitungsobjekts relativ zu der Werkzeugeinheit (relativ zu der Roboterhand) halten kann. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist an einem Anbringungsteil 15a einer Werkzeugeinheit 15 zum Anbringen an der Roboterhand 1a ein Vorsprungteil 15z in Form eines Kegelstumpfs angebracht, dessen zentrale Achse mit der Rotationsmittelachse der Werkzeugeinheit 15 (der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Roboterarms) zusammenfällt, und das Vorsprungteil 15z wird dazu gebracht, dass es einem Werkstück W einer rohrartigen Form gegenübersteht. Ferner ist das Vorsprungteil 15z gegenüber einem Hauptkörper der Werk zeugeinheit 15 drehbar. Der Roboter wird derart positioniert, dass die zentrale Achse des Rohrs des Werkstücks W mit der Rotationsendachse 1 des bewegbaren Arms des Roboters (zentrale Achse der Roboterhand 1a, Rotationsmittelachse der Werkzeugeinheit 15) zusammenfällt, und die Roboterhand wird parallel längs der Achse bewegt, um dadurch das Vorsprungteil 15z derart gegen das Rohr W des Werkstücks zu drücken, dass die zentrale Achse des Rohrs W nicht von der Rotationsachse der Werkzeugeinheit 15 abweicht. Ferner wird das Werkstück, während die Rotationsendachse 1 des bewegbaren Arms des Roboters und die Werkzeugeinheit 15 gedreht werden, durch das Bearbeitungs-Mundstück 2 schneidbearbeitet oder gebohrt. Wenn die Werkzeugeinheit 15 gedreht wird, wird das Vorsprungteil 15z, obwohl es relativ zu dem Werkzeugeinheits-Hauptkörper gedreht wird, nicht relativ zu dem Rohr des Werkstücks W gedreht, und demgemäß'tritt keine Behinderung beim Drehen des Werkzeugeinheits-Hauptkörpers 15 auf, das Rohr W wird schneidbearbeitet oder es wird ein Loch ausgebildet, und zwar derart, dass die Rotationsmittelachse der Werkzeugeinheit 15 mit der Rotationsmittelachse des Rohrs zusammenfällt. Daher kann ein hochgenauer Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden.
Obwohl gemäß dem in 10 gezeigten Beispiel des Ausführungsbeispiels ein Beispiel für das Anbringen des Vorsprungteils 15z gezeigt worden ist, ist das Vorsprungteil 15z auch auf die Werkzeugeinheiten gemäß den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen anwendbar, die zuvor beschrieben wurden.
Als nächstes wird eine Erklärung eines Bearbeitungsvorgangs an einem Werkstück durch einen Roboter mit der zuvor beschriebenen Werkzeugeinheit gegeben.
Zuerst wird der nichtflüchtige Speicherteil des Speichers 102 der Roboter-Steuereinrichtung vorab mit Arten von Werk stücken und Berechnungsgleichungen zur Berechnung von Wegen der körperfernen Enden von Werkzeugeinheiten bezüglich Bearbeitungsformen geladen. Wenn das Werkstück W beispielsweise ein Rohr einer kreisartigen Rohrform ist und eine Sattelform-Schneidbearbeitung ausgeführt wird, um das Werkstück W in enge Verbindung mit einem anderen Rohr P zu bringen, wie dies in 11 gezeigt ist, wird eine Berechnungsgleichung eines Wegs eines körperfernen Endes einer Werkzeugeinheit wie folgt angewendet.
16 u. 17 zeigen zunächst erklärende Ansichten, welche die Art und Weise des Gewinnens einer Berechnungsgleichung bezüglich eines Wegs eines körperfernen Endes einer Werkzeugeinheit darstellen, die benutzt wird, wenn das Werkstück W in einer Sattelform zum Verbinden des Werkstücks (Rohr) W mit dem Rohr P schneidbearbeitet wird. Wie in 16 u. 17 gezeigt, wird die zentrale Achse des Rohr P (Gegenstück der engen Verbindung) als X-Achse gesetzt, die zentrale Achse des Werkstücks W wird als Y-Achse gesetzt, und eine Achse senkrecht zu der X-Achse und der Y-Achse wird als Z-Achse gesetzt. Ferner wird der Nullpunkt des rechtwinkligen Koordinatensystems als eine oberste Position gesetzt, wo das Rohr P und das Werkstück W in Berührung miteinander gebracht werden, die +-Richtung der Y-Achse wird auf eine Richtung gesetzt, die von der schneidbearbeiteten Fläche wegführt, und die +-Richtung der Z-Achse wird auf eine Abwärtsrichtung gesetzt.
Wie in 16 gezeigt ist ein Radius eines äußeren Durchmessers des Rohrs P durch R gekennzeichnet, ein Radius eines äußeren Durchmessers des Werkstücks W ist durch r gekennzeichnet, ein Abstand (Abstand in Y-Achsenrichtung) zwischen der obersten Position (Position des Nullpunkts), wo das Rohr P und das Werkstück in enge Berührung miteinander gebracht werden, und der zentralen Achse des Rohrs P ist durch A gekennzeichnet, und ein Abstand (Abstand in Z-Achsenrichtung) zwischen einer Position des obersten Endes des Rohrs P und der Position des Nullpunkts ist durch B gekennzeichnet.
Eine willkürliche Position in der schneidbearbeiteten Fläche des Werkstücky W wird durch eine Position (y, z) der Y-Achse und der Z-Achse definiert, und ein Drehungsbetrag in der Position von der obersten Position des Rohrs P aus wird wie durch 16 veranschaulicht definiert.
Dann gilt: y = Rsinθ – A z = R – B – Rcosθ = R(1 – cosθ) – B
Folglich gilt: sinθ = (Y + A)/R cosθ = 1 – {(z + B)/R}
Ferner gilt: sin2θ + cos2θ = 1
Folglich gilt: [(y + A)/R]2 + [1 – {(z + B)/R}]2 = 1
Folglich gilt: R2 = (y + A)2 + {R – (z + B)}2 (1)
Ferner ergibt sich, wenn in dem Werkstück W ein Drehungswinkel des willkürlichen Punkts (y, z) von dem Nullpunkt aus durch α gekennzeichnet wird, wie dies in 17 gezeigt ist, die folgende Gleichung (2): z = r – rcosα = r(1 – cosα) (2)
Durch Einsetzen von Gleichung (1) in Gleichung (2), um dadurch eine Beziehung zwischen dem Drehungswinkel α und dem Wert y der Y-Achse zu berechnen, ergibt sich folgende Gleichung: y = [R2 – [R – {r(1 – cosα) + B}]2]1/2 – A = ± [[2R – {r(1 – cosα) + B}][r(1 – cosα) + B]]1/2 – A
Folglich gilt: y = |[2R – {r(1 – cosα) + B}][r(1 – cosα) + B]]1/2 – A| (3)
In der zuvor angegebenen Gleichung (3) ist der Drehungswinkel α ein Drehungswinkel der Werkzeugeinheit und bedeutet den Drehungswinkel der Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters. Die Drehungsgeschwindigkeit wird auf eine gesetzte vorbestimmte Geschwindigkeit geregelt. Ferner bedeutet der Wert y der Y-Achse eine Position nach einer Bewegung der Werkzeugeinheit in der axialen Richtung des Werkstücks W, und er bedeutet einen Bewegungsbetrag der zweiten variablen Achse gemäß jedem, dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel (die Achse bewegt sich parallel zu der zentralen Achse der Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters). Gleichung (3) ist die Berechnungsgleichung des Wegs des körperfernen Endes der Werkzeugeinheit in Übereinstimmung mit einer Drehung der Werkzeugeinheit (Drehung der Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters).
Ferner können, um die Berechnungsgleichung des Wegs des körperfernen Endes der Werkzeugeinheit durch Gleichung (3) zu bestimmen, der Radius R des Rohrs, der Radius r des Werkstücks, der Abstand A zwischen der obersten Position, in der das Werkstück W mit dem Rohr P in Berührung gebracht wird, und der zentralen Achse des Rohrs P und der Abstand B zwischen der obersten Position des Rohrs P und der obersten Position des Werkstücks W bekannt sein. Deshalb werden die Daten von R, r, A, B als Teile von Parametern für die Sattelform-Bearbeitung gesetzt.
Wenn das Werkstück W an dem Rohr P anliegt und derart mit diesem verbunden wird, dass die zentrale Achse des Rohrs P und die zentrale Achse des Werkstücks W einander durchschneiden (wenn das Anlegen derart ausgeführt ist, dass die Mittellinie des Werkstücks W auf einem zentralen Punkt des Rohrs P angeordnet ist), sind B = R – r, A = (R² – r²)^1/2, und demgemäß wird Gleichung (3) in diesem Fall zu Gleichung (4): y = |[(R + rcosα)(R – cosα)]1/2 – (R2 – r2)1/2| (4)
In diesem Fall können die Radien R u. r ohne Setzen der Parameter A u. B gesetzt werden, und als die Berechnungsgleichung für den Weg des körperfernen Endes der Werkzeugeinheit kann Gleichung (4) benutzt werden.
Ferner wird der nichtflüchtige Speicherteil des Speichers 102 mit Daten geladen, die einer Vielzahl von Werkstücken Werkstücknummern zuweisen, die zum Bearbeiten und Spezifizieren der Arten von Werkstücken W (ein Rohr, das einen kreisrunden Querschnitt hat, ein Rohr, das einen elliptischen Querschnitt hat, ein Rohr, das einen quadratischen Querschnitt hat, usw.) verzeichnet werden, und deren Formen für die jeweiligen Arbeitsnummern und die Berechnungsgleichungen für die Wege der körperfernen Enden der zuvor beschriebenen Werkzeugeinheiten werden in Übereinstimmung mit den Werkstücknummern und Bearbeitungsformen (plane Schneidbearbeitung, Sattelform-Bearbeitung, Ausbildung eines Lochs usw.) berechnet und in dem nichtflüchtigen Speicherteil des Speichers 102 der Roboter-Steuereinrichtung gespeichert.
Ferner wird der nichtflüchtige Speicherteil des Speichers 102 sowohl mit Bearbeitungsformen, die geeignet (nicht geeignet) sind, zum Bearbeiten von Werkstücken bezüglich der Nummern entsprechend den Arten von Werkstücken W, mit Namen der Verfahrensweisen zum Bearbeiten, wie Schneidbearbeitung, Sattelform-Bearbeitung, Ausbilden eines Lochs und dgl., als auch mit Werkstücknummern (Arten von Werkstücken) geladen.
Bei einem Einlernvorgang zur Bearbeitung startet die CPU 101 der Roboter-Steuereinrichtung, wenn der Roboter-Steuereinrichtung ein Befehl für einen Einlernvorgang über das Einlern-Schaltfeld 104 eingegeben ist, eine Einlern-Verarbeitung, die in 14 gezeigt ist.
Zuerst werden die Arten und die entsprechenden Nummern von Werkstücken auf einem Anzeigebildschirm des Einlern-Schaltfelds 104 angezeigt, und eine Bedienungsperson gibt eine Nummer in Übereinstimmung damit ein, um dadurch die Art des Werkstücks auszuwählen (Schritt S1). Dann lässt die CPU 101 Arten von Formen anzeigen und fordert zu einer Auswahl auf (Schritt S2). Wenn die Bedienungsperson eine Bearbeitungsform auswählt, bestimmt die Verarbeitung auf der Grundlage des gesetzten Speicherinhalts, ob die ausgewählte Form bezüglich der Formen der Werkstücke entsprechend der eingegebenen Werkstücknummer bearbeiet werden kann (Schritt 53), und wenn die Bearbeitung nicht ausgeführt werden kann, wird ein Alarm ausgegeben (Schritt S7) und die Verareitung fordert erneut zur Auswahl der Bearbeitungsform auf.
Ferner lässt die Verarbeitung, wenn die ausgewählte Bearbeitungsform richtig ist, Namen von Parametern anzeigen, die für das Bearbeitenthe in der Bearbeitungsform notwendig sind, und wartet auf die Eingabe der jeweiligen Parameter (Schritt S4). Im Falle einer Sattelform-Schneidbearbeitung, die zuvor erwähnt wurde, werden der Radius R eines zylindrischen Körpers eines Rohrs auf der Seite des Gegenstücks, das an ein schneidbearbeitetes Werkstück W anzulegen ist, der Radius r des Werkstücks, das einer Schneidbearbeitung zu unterziehen ist, die Parameter A u. B und eine Wanddicke des Werkstücks W zum Bestimmen der Laser-Ausgangsleistung gesetzt und eingegeben. Wenn alle der Parameter und die Wanddicke des Werkstücks W betreffend die ausgewählte Bearbeitungsform gesetzt sind und ein Setz-Beendigungssignal eingegeben ist, speichert die CPU 101 die eingegeben Werkstücknummer, die Bearbeitungsform und die Parameter in dem nichtflüchtigen Speicherteil des Speichers 102 als Bearbeitungs-Daten, und das Einlernen des Bearbeitungsvorgangs ist beendet.
Wenn die Bearbeitung tatsächlich durch ein Einlernprogramm ausgeführt wird, startet die CPU nach dem Positionieren einer Werkzeugeinheit, die an einer Roboterhand angebracht ist, über einem Werkstück, d. h. wenn die zentrale Achse des Werkstücks W und die Rotationsmittelachse der Endachse des bewegbaren Arms des Roboters miteinander zusammenfallen und das Bearbeitungs-Mundstück 2 der Werkzeugeinheit in einer Bearbeitungs-Startposition des Werkstücks W positioniert ist, wenn eine Werkstücknummer und ein Bearbeitungsbefehl aus dem Einlernprogramm ausgelesen sind, eine Bearbeitungs-Verarbeitung gemäß 15.
Zuerst liest die CPU die Bearbeitungs-Daten (Bearbeitungsform und Parameter) entsprechend der ausgelesenen Werkstücknummer aus dem nichtflüchtigen Speicherteil des Speichers 102 aus und lädt sie in den RAM (Schritt T1), wählt eine Berechnungsgleichung für einen Weg eines körperfernen Endes der Werkzeugeinheit mittels der Werkstücknummer und der ausgewählten Bearbeitungsform aus, führt eine Planung des Wegs auf der Grundlage eines Bewegungsbefehls unter Benutzung der Werte der gesetzten Parameter aus und berechnet den Weg und die Geschwindigkeit des körperfernen Endes der Werkzeugeinheit. Ferner wird die Ausgangsleistung des Lasers aus der Wanddicke des gesetzten Werkstücks W berechnet und an den Laser-Oszillator 108 ausgegeben (Schritt T2).
Als nächstes wird bestimmt, ob der berechnete Weg in einen Arbeitsbereich des Roboters fällt oder nicht, und wenn der Weg außerhalb dieses Bereichs liegt, wird ein Alarm ausgegeben (Schritt T6), und die Bearbeitungs-Verarbeitungen werden beendet. Wenn der Weg innerhalb des Bereichs liegt, berechnet die CPU in jeder Interpolationsperiode Bewegungsbeträge der jeweiligen Achsen auf der Grundlage des Wegs und der Geschwindigkeit, die durch das Wegschema in Schritt T2 berechnet sind und gibt sie aus, um dadurch die Servo-Motoren der jeweiligen Achsen zu treiben (Schritt T4). Das bedeutet, dass im Falle einer Sattelform-Schneidbearbeitung, die zuvor erwähnt wurde, die Rotationsendachse des bewegbaren Arms des Roboters mit der gesetzten vorbestimmten Geschwindigkeit gedeht wird und Bewegungsbefehlsbeträge für die jeweiligen Interpolationsperioden berechnet und an die zusätzliche variable Achse (die zweite zusätzliche variable Achse 11e in dem zweiten Ausführungsbeispiel, die zweite zusätzliche variable Achse 12e in dem dritten Ausführungsbeispiel), die parallel zu der zentralen Drehachse der Endachse 1 bewegt wird, ausgegeben werden. Ferner wird bestimmt, ob die Bewegung eine gewünschte Position erreicht oder nicht (Schritt T5), und es wird eine Interpolations-Verarbeitung ausgeführt, bis die Bewegung die gewünschte Position erreicht. Wenn die Bewegung die gewünschte Position erreicht, wird die Bearbeitungs-Verarbeitung beendet.
Ein Werkstück einer Rohrform kann durch Drehen nur einer Endachse eines bewegbaren Arms des Roboters schneidbearbeitet werden. Demgemäß kann ein Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden, der eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist. Ferner kann durch Vorsehen einer Linearbewegungs-Achse oder einer drehenden oder schwenkenden Achse in einer Werkzeugeinheit eine Bearbeitung zum Ausbilden eines Lochs oder eine Sattelform-Schneidbearbeitung an einem Werkstück einer Rohrform durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, ein rohrförmiges Werkstück derart zu bearbeiten, dass es eine schräge schneidbearbeitete Fläche in Bezug auf eine äußere Oberfläche desselben bekommt.

Claims

Robotersystem, das umfasst: einen bewegbaren Arm (100), der eine Vielzahl von Gliedern enthält, die durch Gelenke verbunden sind, und durch eine Roboter-Steuereinrichtung gesteuert wird, die eine Software-Verarbeitungsfunktion hat, und eine Werkzeugeinheit (10–15), die auf dem körperfernen Ende des bewegbaren Arms (100) montiert ist und ein Endwirkorgan (2) hat, das von der körperfernen Rotationsachse (1) des bewegbaren Arms (100) einen Abstand aufweist und auf die körperferne Rotationsachse (1) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugeinheit (11–15) zumindest eine variable Achse zum Variieren einer Position und/oder einer Richtung des Endwirkorgans (2) in Bezug auf die körperferne Rotationsachse (1) des bewegbaren Arms (100) hat.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei der bewegbare Arm (100) eine Hand (1a) enthält und die körperferne Rotationsachse (1) an der Hand (1a) vorgesehen ist.
Robotersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine variable Achse zumindest eine lineare Achse (<->) enthält.
Robotersystem nach Anspruch 3, wobei die zumindest eine variable lineare Achse dem Endwirkorgan (2) gestattet, sich senkrecht und/oder parallel zu der körperfernen Rotationsachse (1) zu bewegen.
Robotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine variable Achse eine drehende Achse (⌒) enthält.
Robotersystem nach Anspruch 5, wobei zumindest eine lineare Achse und eine drehende Achse vorgesehen sind, wovon jede als eine variable Achse fungiert.
Robotersystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Werkzeugeinheit (12–15), die an einem körperfernen Ende des bewegbaren Arms (100) montiert ist, die variable drehende Achse (12c, 13c, 14c) als eine zusätzliche Rotationsachse hat, die einen Abstand von der körperfernen Rotationsachse (1) des bewegbaren Arms (100) aufweist.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks (W) durch ein Robotersystem, das einen bewegbaren Arm (100) umfasst, der eine Vielzahl von Gliedern enthält, die durch Gelenke verbunden sind und durch eine Roboter-Steuereinrichtung gesteuert werden, die eine Software-Verarbeitungsfunktion hat, wobei das Verfahren Schritte umfasst zum (a) Anordnen des Werkstücks (W) derart, dass die zentrale Achse des Werkstücks (W) in eine Linie mit der körperfernen Rotationsachse (1) des bewegbaren Roboterarms (100) gebracht ist, und (b) Drehen der körperfernen Rotationsachse (1), um eine Bearbeitung an dem Werkstück (W) durch eine Werkzeugeinheit (10–15) durchzuführen, die an dem körperfernen Ende des bewegbaren Roboterarms (100) montiert ist und ein Endwirkorgan (2) hat, das einen Abstand von der körperfernen Rotationsachse (1) des bewegbaren Roboterarms (100) aufweist und auf die körperferne Rotationsachse (1) gerichtet ist, wobei die Werkzeugeinheit (11–15) zumindest eine variable Achse hat, die eine Position und/oder eine Richtung des Endwirkorgans (2) in bezug auf die körperferne Rotationsachse (1) des bewegbaren Roboterarms (100) variiert.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks nach Anspruch 8, wobei der bewegbare Arm (100) eine Hand (1a) enthält und die körperferne Rotationsachse (1) an der Hand (1a) vorgesehen ist.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zumindest eine variable Achse zumindest eine lineare Achse (↔) enthält.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine lineare Achse dem Endwirkorgan (2) gestattet, sich senkrecht und/oder parallel zu der körperfernen Rotationsachse (1) zu bewegen.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die zumindest eine variable Achse eine drehende Achse (⌒) enthält.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks nach Anspruch 12, wobei zumindest eine lineare Achse und ein drehende Achse vorgesehen sind, wovon jede als eine variable Achse fungiert.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks (W) nach Anspruch 8, wobei die Werkzeugeinheit (11–15) eine variable lineare Achse zum Variieren einer Position des Endwirkorgans (2) in bezug auf die körperferne Drehachse (1) des bewegbaren Roboterarms (100) hat, welches Verfahren das Antreiben der variablen linearen Achse synchron mit der Drehung der körperfernen Rotationsachse (1) umfasst, um eine sattelartige Schneidbearbeitung oder eine Ausbildung eines Lochs an dem Werkstück (W) durchzuführen.
Verfahren zum Bearbeiten eines zylindrischen Werkstücks nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Werkstück ein rohrartiges Werkstück ist.
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder Verfahren zum Bearbeiten nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei das Endwirkorgan (2) ein Laser-Bearbeitungsmundstück ist.