刻面方法和用于此种方法的设备

摘要

本发明涉及通过设备(1)在至少一个工件(2)的至少一个工件侧(3，4，5)上对至少一个工件边缘(6)进行刻面的方法，所述设备包括至少一个工件容纳部(10)、至少一个测量设备(30)和至少一个刻面工具(40)，所述刻面工具可以相对于所述工件容纳部(10)移动，所述方法包括以下方法步骤：‑提供所述至少一个工件(2)，‑将所述至少一个工件(2)定位并固定在所述工件容纳部(10)上，‑确定所述至少一个工件(2)的所述至少一个工件边缘(6)相对于所述工件容纳部(10)的位置，以及‑用所述至少一个刻面工具(40)沿着所述至少一个工件边缘(6)移动，并开始加工刻面。

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于在具有权利要求1的特征的至少一个工件的至少一个工件侧上对至少一个工件边缘进行刻面的方法，以及一种用于对具有权利要求10的特征的至少一个工件的至少一个工件边缘进行刻面的设备。

根据现有技术中已知不同的刻面设计，并且通常加工或整体模制成平面工件(例如金属片)的工件边缘上的倒角或边缘圆角，以避免锐边或毛刺。特别地，在激光切割、冲孔或步冲(nibbling)之后待涂覆的金属片组件的情况下，需要为工件边缘提供刻面，以防止涂层在工件边缘的区域变得不均匀。工件边缘区域中的不均匀涂层通常会导致涂层剥落，并从而破坏由涂层施加的锈蚀防护。在现有技术中，通常用合适的圆盘刷等对激光切割、冲孔或步冲的平面工件进行手工去毛刺。已经证明，缺点在于人工去毛刺会导致工件上的不均匀刻面，并且需要大量的人力。由于编程工作，CNC控制刻面(CNC-gesteuerte)在经济上是不利的，尤其是在小批量制造工件或将工件作为单个零件制造时。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于对至少一个工件的至少一个工件边缘进行刻面的方法和设备，其在至少一个工件的至少一个边缘上产生均匀的刻面，而不需要任何复杂的CNC编程。此外，该方法和设备旨在以较短的停机时间可靠地、经济地工作，并且应该能够以很少的人力来实施或使用。此外，根据本发明的方法和根据本发明的设备旨在实现简单且安全的操作，使得操作人员可以在非常短的时间内执行该方法或学习如何操作该设备，而无需特殊的先验知识。此外，该设备旨在是简单且不复杂的，并且可与现有组件一起使用，以便提供尽可能经济的并且能够以多种方式使用的系统。

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求10的特征的设备来解决这些问题。

从属权利要求中规定了该方法和设备的有利的进一步发展。

根据本发明的方法包括至少四个方法步骤，该方法用于通过包括至少一个工件保持器、至少一个测量装置和相对于工件保持器可移动的至少一个动力刻面工具的设备在至少一个工件的至少一个工件侧上对至少一个工件边缘进行刻面。在第一方法步骤中，提供至少一个工件，该工件通常是平面金属片部件，其中可以使用该方法而不管使用的材料如何。工件优选具有平面几何形状，但是也可以设想工件具有弯曲的几何形状或任何其它形状。在进一步的方法步骤中，将至少一个工件定位并固定在工件保持器上。然后，在第三方法步骤中，通过测量装置确定至少一个工件边缘在工件的至少第一工件侧上相对于工件保持器的位置，其中测量装置在设备的机器坐标系或工件保持器的坐标系中检测至少一个第一工件侧上的至少一个工件边缘。在确定至少一个工件边缘在至少一个第一工件侧上相对于工件保持器的位置之后，至少一个工件边缘由刻面工具穿过，其中刻面工具在穿过至少一个工件边缘的同时进入排屑接触。例如，将刻面加工成边缘圆角、倒角或其它边缘几何形状。

如果工件是金属片，特别是平面金属片，这是有利的，通过冲压工艺、激光切割、步冲工艺等提供金属片。特别地，步冲工艺或手持式步冲机以及激光切割工艺和冲压工艺非常适合于在单个零件的生产中从原材料中分离工件，并适合于小批量工件生产，并且在生产过程期间实现低废料和碎屑浪费。

根据本发明的方法的另一个有利实施例提供了通过负压和/或通过力张紧将工件磁性地固定在工件保持器上。特别地，磁性固定以及通过负压固定到工件保持器会产生工件中的微小应力，并且允许固定工件而不管其形状如何，这意味着不需要为了固定不同的工件而对工件保持器进行修改。

如果通过光学测量方法来确定工件保持器上的至少一个工件侧上的至少一个工件边缘的位置，这也是有利的。如果借助于激光器来执行光学测量方法，则是特别优选的，该激光器可以设计为线激光器，借助于该激光器可以检测至少一个工件边缘的位置和至少一个工件边缘的高度。可选地，可以通过相机，特别是通过立体相机来检测至少一个工件边缘的位置。

根据本发明的方法的另一个有利方面，通过机器引导的或手持的探针来执行至少一个工件边缘在工件保持器上的定位。特别地，手持探针允许在设备上快速执行示教过程，其中设备通过工件和探针之间的接触的相互作用以及探针的位置来学习至少一个工件边缘的位置。由设备或机器控制系统存储至少一个工件边缘在至少一个工件侧上的位置。然后，动力刻面工具可以沿着工件边缘移动并加工刻面。

如果由至少一个动力刻面工具借助于机器控制臂或机器控制机架穿过至少一个工件边缘，也是有利的。借助于设计为探针的测量装置，该设备学习工件的至少一个工件边缘的位置，并且可以通过三维沿着至少一个工件边缘的位置移动，其结果是可以对具有任何三维几何形状的工件进行刻面。如果在机械臂上引导刻面工具，该机械臂可以在三维中移动，这是特别有利的。这种类型的机械臂可以容纳大量不同的工具或测量装置，它们可以快速更换并且是高度动态的，其结果是可以实现短的停机时间。

根据本发明的方法的另一个方面，在通过刻面工具穿过至少一个工件的至少一个第一工件侧上的至少一个工具边缘之后，手动或机械地转动至少一个工件，使得可以对第二工件侧进行刻面。

然而，特别优选的是，由至少一个夹持器机械地转动工件。夹持器可以用工件保持器中的第一工件侧重新定位工件。此外，该设备的机器控制系统可以优选地基于夹持器的运动来计算第二工件侧上的至少一个工件边缘的位置，这意味着不需要重新确定第二工件侧上的至少一个工件边缘。特别优选地，提供多个夹持器以用于转动至少一个工件。还可以提供辅助装备，通过将至少一个工件向下放置一次或多次，辅助装备能够不同地夹持至少一个工件。

如果刻面工具在至少一个工件边缘上产生边缘圆角或倒角，也是有利的。如果刻面工具是铣削或磨削工具，则是特别优选的。

本发明的另一方面涉及一种使用上述方法对至少一个工件的至少一个工件边缘进行刻面的设备，其中用于刻面的设备具有用于定位和固定至少一个工件的至少一个工件保持器，通过该工件保持器在执行方法时保持工件。此外，该设备包括至少一个测量装置，该测量装置设置成确定至少一个工件的至少一个工件边缘在工件保持器区域上的位置。可以由至少一个测量装置检测和存储至少一个工件边缘在设备的机器坐标系中的位置。

将术语“工件边缘”理解为是指不一定必须沿直线延伸但可以具有任何轮廓的工件边缘。因此，此种工件边缘也可以以椭圆形、圆形或其它弯曲方式延伸。因此，工件可以具有任何外轮廓。必须用测量装置检测外轮廓，例如通过沿外轮廓移动。例如，这可以通过彼此间隔开的测量点来实现。可以例如以1毫米的间隔布置测量点。以这种方式沿着工件的外轮廓移动得到工件的外周的轮廓线，该轮廓线具有多个测量支撑点，这些测量支撑点可以通过插值的方式组合以形成连续的线。可以计算(矢量化)各个测量点之间的中间直线或曲线，以检测工件的“平滑”外轮廓。一旦由测量装置检测到工件的整个外轮廓，则可以在随后的加工步骤中对该外轮廓(即外工件边缘)去毛刺。

此外，该设备包括至少一个动力刻面工具，其可以沿着至少一个工件边缘移动以产生刻面。为此目的，通过该设备的机器控制系统基于二维或三维存储数据将刻面工具机械地行进到至少一个工件边缘。

此外，如果至少一个工件保持器包括磁性夹紧件、负压夹紧件和/或力夹紧件，这是特别有利的。特别优选地，夹紧装置是电和/或永磁夹紧件和/或负压夹紧件，其特征在于工件上的低机械载荷，并且可以在不考虑待加工工件的几何形状的情况下使用。由于在所提出的方法中特别优选加工铁磁金属片，所以特别优选用于磁性夹紧工件的磁性夹紧件。用于磁力夹紧的磁性辅助装备可以用于非磁性工件。

如果至少一个测量装置包括机器引导探针或手持探针，该机器引导探针或手持探针检测至少一个工件的至少一个工件边缘的位置，这也是有利的。此外，探针可以优选地基于探测压力、通过探针和检测工件之间的接触二维或三维地检测工件边缘的位置，其结果是可以为设备的控制系统描述工件的至少一个工件边缘的位置或工件的完整形状。特别地，对至少一个工件边缘的手动引导探测能够实现用户控制的设备示教。

本发明的另一个有利实施例提供了一种机器操作臂或机器操作机架，其具有刻面工具。在检测到至少一个工件边缘的位置之后，机器操作臂或机器操作机架可以以全自动的方式沿着至少一个工件边缘移动，其中特别优选的是智能控制软件基于至少一个工件边缘的位置的二维或三维存储数据沿着优化的前进路径移动，以便使停机时间保持得尽可能短。

如果机器操作臂或机器操作机架具有旋转头，其中旋转头可以保持测量装置和/或刻面工具和/或至少一个夹持器，则是有利的。在确定至少一个工件的至少一个工件边缘的位置和用刻面工具沿着工件边缘移动之间，机器操作臂或机器操作机架可以用刻面工具或夹持器来替换测量装置，这降低了污染测量装置或夹持器的风险。至少一个刻面工具、至少一个测量装置和至少一个夹持器可以存储在设备的相应的匣中。

如果机器操作臂或机器操作机架具有旋转头，其中旋转头包括至少一个测量装置、至少一个刻面工具和/或至少一个夹持器，则也是有利的。在确定至少一个工件边缘在至少一个工件的至少一个工件侧上的位置之后，可以通过旋转旋转头来将刻面工具引导进入排屑接合，以在工件边缘上产生刻面。此外，通过进一步旋转至少一个夹持器，可以由工件保持器提升工件，并且通过转动至在背面上对工件刻面，工件可以再次定位在工件保持器上。机器控制系统可以通过转换至少一个工件边缘的位置来确定至少一个工件边缘的位置，而无需测量装置的任何进一步确定，并且可以立即进行刻面。

如果至少一个刻面工具是铣削工具，这也是有利的。此外，铣削工具可以优选地在至少一个工件边缘上加工具有任何形状的边缘圆角、倒角或装饰几何形状形式的预定刻面，其满足在刻面后进行涂层的要求。

附图说明

下面参考附图解释根据本发明的方法和根据本发明的设备。在附图中：

图1示出了具有旋转头的机器操作臂，其中旋转头包括用于在至少一个工件侧上检测工件的至少一个工件边缘的测量装置和设计为铣削刀具的刻面工具。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的设备1的实施例示例，该设备用于实施根据本发明的方法，该方法用于对至少一个工件2的至少一个工件边缘6进行刻面。设备1包括工件保持器10、机器操作臂20、旋转头25、测量装置30、刻面工具40和机器控制系统(未示出)。

工件2可以具有任何形状，并且在图示的实施例示例中，其是平面金属片，该平面金属片具有第一工件侧3和第二工件侧4以及四个端面工件侧5，第一工件侧3和第二工件侧4是两个相反的主表面。所示的工件2包括多个工件边缘6，每个工件边缘布置在工件侧3、4和5之间的过渡处。尽管在图示的实施例示例中示出了平面金属片形式的矩形工件，但是工件2当然不限于此种外轮廓。相反，工件2可以具有任何外轮廓，例如圆形或椭圆形结构，使得工件边缘于是设计成圆形或椭圆形的圆周环。工件2的任何其它外轮廓也是可能的。

工件保持器10设计成支撑台15(未示出)，并且设置成保持和固定至少一个工件2。为了将工件2固定在工件保持器10上，设备1还包括负压夹紧件、磁性夹紧件或力夹紧件。负压装置可以经由面对工件2的侧面中的多个开口施加作用在工件2上的负压。工件2固定在工件保持器10上的任何位置，这优选由机器控制系统致动。

磁性夹紧件可以是电磁的和/或永磁的，并且可以由机器控制系统控制和调节。磁性夹紧件特别适用于刻面铁磁工件2，其中磁性夹紧件也可以通过合适的磁性辅助件将非磁性工件2紧固到工件保持器10上。

如图1所示，设计为具有多个旋转轴的机器人臂的机器操作臂20可以具有旋转头25，旋转头可以按需通过机器操作臂20相对于工件保持器移动和枢转。可以通过机器控制系统控制和调节机器操作臂20。

旋转头25包括至少一个工具保持器，该工具保持器可以保持测量装置30和刻面工具40，并且可以通过相应的旋转运动将测量装置30或刻面工具40带进接合位置。旋转头25能够使得测量装置30或刻面工具40相对于工件2而待被带进接合位置，以便通过测量来检测工件2或者用刻面工具40加工工件2。

此外，旋转头25可以包括夹持器50(未示出)，该夹持器设置成提升和转动工件2。

测量装置30优选地包括设计为边缘检测器的线激光器。为了检测第一工件侧3上的至少一个工件边缘6的位置，由与工件保持器10平行的机器操作臂20引导测量装置30。

测量装置30可以使用光学激光测量方法、基于多个二维或三维坐标(x

刻面工具40包括铣削心轴42和铣削工具44，刻面工具可以设计成例如斜切刀具、半径刀具、双半径刀具等。铣削心轴42驱动铣削工具44，其中由机器控制系统控制或调节铣削心轴42。刻面工具40的形状对应于待生产的刻面。

旋转头25可以将测量装置30换成刻面工具40，并将其带进接合位置。

设备1可以包括匣(未示出)，该匣设置成保持测量装置30、不同刻面工具40或不同夹持器50，以便提供旋转头25所需的特定工具。

根据本发明来设想，当执行该方法时，首先提供工件2以通过激光切割、冲孔、步冲、切割、锯切等用于刻面，并以任何取向定位在工件保持器10上。然后，通过负压、磁性和/或力夹紧件17将工件2固定在工件保持器10上。

然后，机器操作臂20与测量装置30一起沿着工件保持器10以预定模式移动，并通过测量来检测至少一个工件边缘6的位置。为此目的，在机器坐标系中、在至少两个点处三维地检测位置(x,y,z)，其中工件边缘6的位置对应于至少两个相邻位置(x

一旦确定了至少一个工件2的至少一个工件边缘6的位置，可以将动力臂20上的工具或测量装置30换成刻面工具40，并带进接合位置。

机器控制系统利用至少一个刻面工具40计算机器驱动臂20的行进路径，并且利用刻面工具40沿着至少一个工件2的至少一个工件边缘6移动，并且利用铣削工具44将刻面加工到工件2中。

在已经由刻面工具40穿过至少一个工件边缘6之后，旋转头25可以将刻面工具40换成夹持器50，并且转动至少一个工件2。首先，释放夹紧装置16的固定动作，并且夹持器50可以例如通过负压、电磁和/或永磁或机械方式来夹持工件2。

此外，可以提供第二夹持器(未示出)或合适的辅助装置(未示出)，从而以不同的方式用夹持器50夹持工件2。为了加工第二工件侧4，夹持器50将工件2及其第一工件侧3定位在工件保持器10上。然后，工件2通过夹紧装置16再次固定在工件保持器10上。

此外，机器控制系统可以通过变换第一工件侧3上的至少一个工件边缘6的位置来确定第二工件侧4上的至少一个工件边缘6，使得第二工件侧4上的至少一个工件边缘6可以由刻面工具40穿过，而无需通过测量装置30来重新确定第二工件侧4上的至少一个工件边缘6的位置。

附图标记列表

1 设备

2 工件

3 第一工件侧

4 第二工件侧

5 端面

6 工件边缘

10 工件保持器

15 支撑台

17 夹紧装置

20 机器操作臂

30 测量装置

40 刻面工具

42 铣削心轴

44 铣削工具

50 夹持器。