阅读说明：本技术 加工装置 (Processing device ) 是由 J·达格费尔德 于 2018-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及加工装置(10；20),所述加工装置具有加工头部(4),所述加工头部包括构造为工具和/或施覆单元、尤其打印机单元的加工单元(3),并且具有第一定位机构(1)用于使所述加工头部(4)运动,以便将所述加工单元(3)以第一精度定位在预设的加工位置(33)处。所述加工头部(4)具有第二定位机构(2)并且所述加工装置(10；20)构造成用于在应用所述第二定位机构(2)的情况下将所述加工单元(3)以第二精度定位在所述预设的加工位置(33)处,其中,所述第二精度比所述第一精度较高,从而通过藉由所述第二定位机构(2)的定位来补偿所述第一定位机构(2)的较低的精度。(The invention relates to a machining device (10; 20) having a machining head (4) which comprises a machining unit (3) designed as a tool and/or application unit, in particular a printer unit, and having a first positioning means (1) for moving the machining head (4) in order to position the machining unit (3) with a first precision at a predetermined machining position (33). The machining head (4) has a second positioning means (2) and the machining device (10; 20) is designed to position the machining unit (3) at the predetermined machining position (33) with a second precision using the second positioning means (2), wherein the second precision is higher than the first precision, so that the lower precision of the first positioning means (2) is compensated for by the positioning by the second positioning means (2).)

加工装置

技术领域

本发明涉及加工装置，所述加工装置具有加工头部，所述加工头部包括构造为工具和/或施覆单元、尤其打印机单元的加工单元。所述加工装置具有第一定位机构用于使加工头部运动，以便将加工单元以第一精度定位在预设的加工位置处。

背景技术

传统地尤其将CNC机器用作加工装置，所述CNC机器具有带有多个机器轴的定位机构，以便将加工单元、尤其工具定位在预设的加工位置处。能够以其对加工单元进行定位的精度在此取决于定位机构的精度。在定位方面的精度在下面还被称为定位精度。

此外，加工装置的加工区域的大小，也就是说在其中能够对用于加工的加工单元进行定位的定位区域取决于定位机构、尤其取决于定位机构的机器轴的最大偏移。

通常不仅存在能够以尽可能高的精度对加工单元进行定位这一需求，而且存在具有尽可能大的加工区域供使用这一需求，在所述加工区域中能够对用于加工的加工单元进行定位。然而，随着定位机构的定位区域变得越大，保证高的精度也就变得越困难。

发明内容

本发明的任务在于，提供如下加工装置，在所述加工装置中能够尽可能不取决于定位机构的定位区域的大小得到高的定位精度。

所述任务通过在权利要求1中说明的特征来解决。根据本发明，开头所提及的加工装置的加工头部具有第二定位机构并且加工装置构造成用于在应用第二定位机构的情况下将加工单元以第二精度定位在预设的加工位置处。在此，第二精度比第一精度较高，从而通过藉由第二定位机构的定位来补偿第一定位机构的较低的精度。

通过第二定位机构补偿第一定位机构的较低的精度，加工装置的定位精度现在首要地通过第二定位机构来保证。相应于此地，第一定位机构能够针对较低的精度，并且由此毫无困难地还针对较大的定位区域进行设计，而总体来说没有由此损害加工装置的定位精度。

第二定位机构本身不再需要大的定位区域，因为所述第二定位机构作为能够藉由第一定位机构定位的加工头部的部件与所述加工头部一同运动或定位并且由此有效地一同使用第一定位机构的定位区域。第二定位机构的定位区域最终必须仅仅如此大，使得最大可能的、由于第一定位机构的低的精度引起的、在加工单元与预设的加工位置之间的偏差能够被平衡或补偿。因为第二定位机构必须仅仅提供相对小的定位区域，所以第二定位机构能够毫无问题地以高的定位精度来实现。

由此，通过根据本发明的第一定位机构和第二定位机构的组合得到如下优点，即使当第一定位机构由于大的待提供的定位区域具有较低的定位精度时，加工装置总体来说也能够具有高的定位精度。

在第一定位机构与第二定位机构之间的在定位精度方面的不同能够例如由如下得出，即定位机构、尤其定位机构的机器轴相对于反作用力具有不同的刚性和/或在操控定位机构时给出不同的运动精确度。此外，还可行的是，精度不同原因在于，第一定位机构在纯控制的范围内运行，而第二定位机构在调节的范围内运行。

“精度”或“位置精度”这一概念应该尤其涉及在加工单元的位置与预设的加工位置之间的（统计学的）平均偏差和/或最大偏差。在此，以较大的精度是指较低的偏差并且以较低的精度是指较大的偏差。

有利的改进方案是从属权利要求的主题。

附图说明

另外的细节以及示范性的实施方式在下面参考附图进行阐释。在此，

图1以侧视图示出根据第一实施方式的加工装置的示意性的图示，

图2以俯视图示出根据第一实施方式的加工装置的示意性的图示，

图3以侧视图示出根据第二实施方式的加工装置的示意性的图示，

图4以俯视图示出根据第二实施方式的加工装置的示意性的图示。

具体实施方式

图1和2示出根据第一实施方式的加工装置10，而图3和4示出根据第二实施方式的加工装置20。示范性地，第一定位机构1在第一实施方式中构造为平面关节型机器人（Scara-Roboter）并且在第二实施方式中构造为桁架式机器人（Portalroboter）。在下面应该首先讨论如下特征，所述特征不仅在第一实施方式中而且在第二实施方式中存在。在此为了简单起见，首要探讨加工装置10；所述阐释相应地也适用于加工装置20。

加工装置10包括加工头部4，所述加工头部具有加工单元3。加工单元3构造为工具和/或施覆单元，尤其构造为打印机单元。

加工装置10此外包括第一定位机构1用于使加工头部4运动，以便将加工单元3以第一精度定位在预设的加工位置33处。

加工头部4具有第二定位机构2。加工装置10构造成用于在应用第二定位机构2的情况下将加工单元3以第二精度定位在预设的加工位置33处。

第二精度比第一精度较高，从而通过藉由第二定位机构2的定位来补偿第一定位机构1的较低的精度。通过藉由第二定位机构2的定位能够尤其对通过藉由第一定位机构1的定位造成的定位误差，也就是说在加工单元3的位置与预设的加工位置33之间的偏差进行修正。

以这种方式，总体来说能够得到高的精度，而定位加工头部4的、并且由此通常具有较大的定位区域的第一定位机构1不必为此提供所述高的精度。因此，尤其还能够应用具有大的定位区域的定位机构作为第一定位机构1，而总体来说没有由此损害加工装置10的定位精度。

在下面，对加工装置10和20的示范性的细节以及其构件进行阐释。在此为了简单起见，也首要地对加工装置10进行探讨，其中，所述阐释相应地也适用于加工装置20。

第一定位机构1用于使加工头部4相对于加工装置10的静态的部件、例如工件支承件8和/或相对于工件29运动。

示范性地，第一定位机构1具有第一自由度x和第二自由度y用于定位加工单元3。示范性地，第一定位机构1的自由度x、y涉及线性的自由度，尤其涉及笛卡尔坐标系的坐标。优选地，通过所述两个自由度x、y撑开定位平面。藉由第一定位机构1，加工头部4和/或加工单元3能够尤其定位在通过自由度x、y撑开的定位平面中。

示范性地，加工装置10具有工件支承件8，在所述工件支承件上适宜地布置有工件29。适宜地，工件支承件8的上侧和/或工件29的上侧平行于定位平面取向并且尤其处于定位平面中或呈现所述定位平面。

此外，第一定位机构1还能够构造成用于使加工头部4沿z方向，也就是说正交于x方向和y方向运动。由此，第一定位机构1能够尤其构造成用于在三维的空间中引导加工头部4。

适宜地，第一定位机构1具有多个机器轴，尤其具有一个或多个线性的机器轴和/或一个或多个旋转轴。

加工装置10尤其构造成用于在应用第一定位机构1的情况下将加工单元3定位在如下区域中，在所述区域之内能够借助于第二定位机构2对相对于预设的加工位置33的偏差进行修正。所述区域还能够被称为加工窗，在所述区域中藉由第二定位机构的修正是可行的。适宜地，加工装置10构造成用于识别加工单元3何时离开加工窗并且在这种情况下中止或暂停通过加工单元3的加工。

在图1和2中，第一定位机构1示范性地构造为平面关节型机器人。相应于此地，第一定位机构1包括机器人基座31，在所述机器人基座处设置有机器人臂11。示范性地，在机器人臂11的远侧的端部处安置或挂上有加工头部4。借助于机器人臂11，加工头部4能够相对于机器人基座31运动。

机器人臂11具有第一机器人肢体12和第二机器人肢体14。适宜地，机器人臂11还能够具有另外的机器人肢体。优选地，加工头部4安置在最后的机器人肢体处，在此安置到第二机器人肢体14处。

第一机器人肢体12通过第一机器轴15与机器人基座31连接并且能够通过所述第一机器轴15相对于机器人基座31被驱动。第二机器人肢体14通过第二机器轴16与第一机器人肢体12连接并且能够通过所述第二机器轴16相对于第一机器人肢体12被驱动。加工头部4通过第三机器轴17与第二机器人肢体16连接并且能够通过所述第三机器轴17相对于第二机器人肢体16被驱动。示范性地，第二机器人肢体16具有机械的接口7，在所述机械的接口处尤其能够取下地安置有加工头部4。适宜地，第一机器轴15和第二机器轴16允许旋转的运动，而第三机器轴17允许旋转的和线性的运动。总体来说，如此构造的定位机构1能够实行加工头部4沿x方向、y方向和z方向的定位。

机器人基座31机械地与工件支承件8连接；示范性地，机器人基座31布置在工件支承件8上并且沿z方向向上延伸。机器人臂11基本上水平地从机器人基座31延伸并且突出到工件支承件8的x-y区域上。加工头部4挂上在机器人臂11处并且相应地沿z方向向下延伸至工件支承件8或工件29。

在图3和4中，第一定位机构1示范性地构造为桁架式机器人。相应于此地，第一定位机构1包括相对于工件支承件8或相对于工件29能够驱动的桁架式滑块（Portalschlitten）24。示范性地，桁架式滑块24相对于工件支承件8或相对于工件29沿y方向能够移动。为了驱动桁架式滑块24，设置有第一线性驱动器23。桁架式滑块24具有桁架臂22，在所述桁架臂处，尤其沿x方向能够运动地挂上有加工头部4。为了尤其沿x方向相对于桁架臂22驱动加工头部4，适宜地在桁架臂22处设置有第二线性驱动器26。在桁架臂22处适宜地设置有机械的接口7，在所述机械的接口处尤其能够取下地安置有加工头部4。总体来说，构造为桁架式机器人的定位机构1能够实行加工头部4沿x方向和y方向的定位。可选地，定位机构1此外还能够构造成用于沿z方向定位加工头部。

桁架式滑块24在所示出的设计方案中示范性地具有两个竖直元件25，所述竖直元件沿z方向从工件支承件8向上延伸。桁架臂22从一个竖直元件25延伸至另一个竖直元件25并且与竖直元件25一起形成桁架式滑块24。

第一定位机构1并不局限于前面所讨论的作为平面关节型机器人或桁架式机器人的设计方案。代替地，第一定位机构1还能够设计为其它的机器人装置。适宜地，第一定位机构1构造为铰接臂机器人、具有线性的轴的机器人、轨道车辆、在工件上行驶的仪器和/或具有绳索和/或链的牵引系统。适宜地，定位机构1涉及工业机器人。

示范性地，加工装置10构造成用于在应用第二定位机构2的情况下在第一自由度x和/或第二自由度y上补偿第一定位机构1的较低的精度。

适宜地，第二定位机构2具有与第一定位机构1相同的自由度x和/或相同的自由度y。第二定位机构2能够尤其对通过第一定位机构1的较低的精度造成的定位误差，也就是说加工单元3与预设的加工位置33的偏差沿x方向和/或y方向进行修正。适宜地，第二定位机构2具有第一定位机构1的一个、多个或全部的自由度。

如在图1和3中示范性地示出的那样，第二定位机构2优选地具有xy驱动器27、例如定位平台，藉由所述xy驱动器，加工单元3能够相对于加工头部4沿x方向并且沿y方向得到定位。可选地，定位机构2此外具有z驱动器28，藉由所述z驱动器，加工单元3能够相对于加工头部4沿z方向得到定位。第二定位机构2优选地集成在加工头部4中或安置在所述加工头部处。

在其中第一定位机构1能够对加工单元3进行定位的区域、尤其x-y区域还应该被称为第一定位区域。在其中第二定位机构2能够对加工单元3进行定位的区域、尤其x-y区域还应该被称为第二定位区域。适宜地，第一定位区域比第二定位区域较大。例如，第一定位区域在面积上（flächenmäßig）为第二定位区域的至少2倍、尤其至少10倍、适宜地至少50倍或100倍大。优选地，第一定位机构1和第二定位机构2如此构造，使得第一定位区域与第二定位区域始终重叠。

第二定位机构2尤其如此构造，使得加工单元3的通过第二定位机构2的定位以比加工单元3的藉由第一定位机构1的定位较高的精度和/或速度和/或刚性来进行。

加工头部4能够例如构造为能够手动地操纵的加工仪器，从而加工头部4尤其在从第一定位机构1或加工装置10取下的状态中能够手动地定位在预设的加工位置33处。加工头部4尤其构造成用于在应用第二定位机构2的情况下将加工单元3以第二精度定位在预设的加工位置33处，从而通过藉由第二定位机构2的定位来补偿手动的定位的较低的精度。也就是说，适宜地，加工头部4能够作为独立的加工仪器被操纵并且能够应用于加工工件29。

适宜地，构造为工具的加工单元3包括上铣刀、锯、尤其圆锯和/或刺锯（Stichsäge，有时译为孔锯）、激光器、冲压机构、切割工具、尤其织物和/或皮革切割机、和/或水喷射器。如果加工单元3构造为施覆单元，所述加工单元就尤其包括打印单元、适宜地为3D打印单元。

示范性地，加工装置10、尤其第一定位机构1具有机械的接口7，在所述机械的接口处能够取下地安置有加工头部4和/或加工单元3。机械的接口7能够尤其构造为更换机构，藉由所述更换机构，加工头部4和/或加工单元3的更换是可行的。

备选地，加工头部4和由此尤其还有第二定位机构2能够固定地与第一定位机构1连接。

加工装置10、尤其第一定位机构1此外还能够具有起重器件、尤其抓握件和/或真空抽吸机构用于操纵加工头部4、加工单元3和/或工件29。适宜地，起重器件能够呈现前面所提到的机械的接口7。适宜地，能够应用同一个起重器件，以便一方面在加工期间将加工头部4固定在第一定位机构1处并且另一方面在加工之前和/或在加工之后将工件29运送到加工装置10的加工区域中或将工件29从加工装置10的加工区域运送出来。适宜地，加工装置10构造成用于借助于起重器件将工件29定位在工件支承件8上。

适宜地，加工装置10还能够包括更换仓用于容纳至少一个另外的加工头部和/或至少一个另外的加工单元。例如，加工装置10具有至少两个不同的加工头部和/或两个不同的加工单元并且构造成用于将安置在第一定位机构1处的加工头部4和/或加工单元3在应用更换仓的情况下通过其它的加工头部和/或其它的加工单元来代替。

示范性地，加工装置10构造成用于确定加工单元3相对于预设的加工位置33的位置并且在应用第一定位机构和/或第二定位机构2的情况下基于加工单元3的确定的位置执行加工单元3的定位。例如，加工装置10构造成用于尤其借助于视频和/或图像接收器、激光扫描和/或借助于超声来识别加工单元3和/或工件29并且根据位置确定算法计算加工单元3的当前的位置。然后，基于计算出的位置，能够藉由定位机构1、2中的一个或两个、尤其藉由第二定位机构2进行进一步的定位或定位的修正。

加工装置10尤其构造成用于借助于视频和/或图像识别/处理和/或通过对工件的扫描和/或通过超声的评估来识别加工单元3和/或工件29。此外，加工装置10能够构造成用于在应用其它的位置传感器和/或算法的情况下基于传感器数据（例如视频、图像、激光、超声）来求得工件29和/或加工单元3的位置。为此，需要的传感器能够在定位机构1、2、加工头部4处和/或固定地布置和/或安置。

示范性地，加工装置10具有尤其布置在加工头部4处的传感器单元19，例如具有图像传感器。传感器单元19构造成用于探测在加工装置10和/或工件29处存在的参考元件18。参考元件18例如是具有被印上的图案的光学的标记、尤其一条带、优选地一条粘合带。

根据未示出的设计方案，参考元件18还能够仅仅设置在加工装置1处，例如在工件支承件8处，并且由此尤其不在工件29处。

此外，工件29的特征、例如边缘、施覆在工件29上的薄膜和/或记号、在工件29旁边和/或在工件29上方安置在工件支承件8处的标记或定位在第一定位机构1或加工装置10的定位区域中的标记（例如借助于三角架）、尤其圆形记号和/或直尺（Lineale）能够用作参考元件18。适宜地，定位在工件29旁边和/或在工件29上的直尺能够用作参考元件18。

备选或附加于所提及的作为图像传感器的实施方案，传感器单元19还能够包括其它的位置传感器、尤其加速度传感器、激光传感器和/或超声传感器。为了借助于激光和/或超声的位置确定，在加工装置10处、尤其在加工头部4处能够设置有激光和/或超声源。

适宜地，加工装置10构造成用于在应用传感器单元19的情况下确定加工单元3相对于预设的加工位置33的位置。

适宜地，加工装置10具有被保存的参考地图（Referenzkarte），在所述参考地图中对参考元件18的位置加以说明。加工装置10构造成用于在应用参考地图和藉由传感器单元19探测的参考元件18的情况下确定加工单元3的位置、尤其相对于预设的加工位置33的位置。例如，传感器单元19如前面所提到的那样涉及图像传感器，并且参考元件18涉及光学的标记。加工装置10尤其构造成用于在应用图像处理软件的情况下、例如在应用用于机器视觉（Sehen）的算法的情况下在由传感器单元19接收的图像中识别参考元件18并且基于识别到的参考元件18计算传感器单元19或加工单元3相对于参考元件18的相对位置。因为参考元件18在参考地图中的位置是已知的，所以能够由此求得加工单元3在参考地图中的位置。

以这种方式，能够求得加工单元3的位置与预设的加工位置33的偏差，根据所述偏差能够又进行藉由第二定位机构2的定位，以便补偿所述偏差。

优选地，加工装置10构造成用于在初始化过程的范围内生成参考地图。为了这个目的，加工装置10例如构造成用于在应用第一定位机构1的情况下使加工头部4移动，以便因此藉由传感器单元19探测加工装置10的加工区域，尤其接收其图像数据。加工装置10尤其构造成用于基于探测到的加工区域，尤其基于接收到的图像数据来生成参考地图。

适宜地，所阐释的加工单元3的位置确定仅仅在藉由第二定位机构2的定位的情况下应用，也就是说，尤其不在藉由第一定位机构1的定位的情况下应用。

相应于此地，藉由第一定位机构1的定位能够尤其涉及单纯的（bloße）控制，也就是说不涉及调节。因此，加工装置10尤其构造成用于在控制的范围内执行藉由第一定位机构1的定位。这能够例如意味着，在藉由第一定位机构1的定位的情况下没有关于加工头部4或加工单元3的位置的反馈参量得到应用。

反之，藉由第二定位机构2的定位优选地作为调节发生。适宜地，加工装置10构造成用于在调节的范围内执行藉由第二定位机构2的定位。加工装置10尤其构造成用于将加工单元3的位置调节到预设的加工位置33上。为了这个目的，加工装置10能够在藉由第二定位机构2的定位的情况下应用关于加工头部4或加工单元3的位置的反馈参量、例如借助于传感器单元19探测到的加工单元3的位置。

加工装置10具有一个或多个控制单元、尤其计算器单元、如例如微型控制器，以便执行前面所讨论的加工单元3的位置的确定和/或加工单元3的操控和/或定位机构1、2的操控。定位机构1、2的操控尤其基于加工数据进行，所述加工数据例如作为设计/CAD数据被提供。

在未示出的设计方案中，加工装置10具有控制单元、例如微型控制器，所述控制单元不仅操控第一定位机构1而且操控第二定位机构2。适宜地，所述控制单元还执行在所述两个定位机构1、2之间的协调。此外，所述控制单元还能够构造成用于操控或与加工单元3和/或传感器单元19通讯。

反之，在所示出的实施例中，加工装置10对于每个定位机构1、2包括专用的控制单元。因此，加工装置10示范性地具有第一控制单元5用于操控第一定位机构1和第二控制单元6用于操控第二定位机构2。示范性地，第二控制单元6是加工头部4的部件。

优选地，第一控制单元5没有操控第二定位机构2并且第二控制单元6优选地没有操控第一定位机构1。每个控制单元5、6优选地仅仅主管一个定位机构。

优选地，第一控制单元5和/或第二控制单元6构造成用于操控加工单元3，以便例如促使工件29的加工。

适宜地，第一控制单元5和/或第二控制单元6通过线材连结的和/或无线材的数据连接件与第一定位机构1、第二定位机构2、加工单元3和/或传感器单元19连接。

如下加工数据适宜地在所述两个控制单元5、6中被提供，从所述加工数据中尤其得出所提到的加工位置33，从而控制单元5、6中的每个都能够基于加工数据执行相应地配属的定位机构1、2的操控。

控制单元5、6能够不同地构造，从而所述控制单元接受和/或需要以不同的数据格式的加工数据。适宜地，加工装置10构造成用于以第一数据格式给第一控制单元5提供界定加工位置33的加工数据并且以第二数据格式给第二控制单元6提供加工数据。第二数据格式适宜地与第一数据格式不同。例如，第一数据格式是G编码数据格式并且第二数据格式是矢量数据格式、尤其SVG。

示范性地，第一控制单元5构造成用于以第二数据格式给第二控制单元6提供加工数据和/或第二控制单元6构造成用于将所述加工数据以第一数据格式提供给第一控制单元5。例如，控制单元5、6中的一个或两个能够构造成用于生成和/或接收以所述数据格式中的一种数据格式的加工数据、生成、接收以所述数据格式中的另一种数据格式的加工数据和/或将所述加工数据转换成另一种数据格式并且将以另一种数据格式的加工数据提供给另一个的控制单元5、6。

加工装置10、尤其加工头部4能够例如具有输入装置，藉由所述输入装置，使用者能够手动地将加工数据例如以一个或多个加工位置的形式输入到第二控制单元6中。加工数据然后可选地由第二控制单元6转换成由第一控制单元5需要的格式并且提供给第一控制单元5。

此外，可行的是，第一控制单元5和第二控制单元6具有带有不同的数据内容的加工数据。例如，第一控制单元5能够具有比第二控制单元6较不精确的加工数据。第一控制单元5尤其能够构造成用于基于加工数据执行第一定位机构1的操控，所述加工数据具有比如下加工数据较低的空间上的分辨率，第二控制单元6藉由所述加工数据操控第二定位机构2。

此外还可行的是，控制单元5、6接受/需要以相同的数据格式和/或具有相同的数据内容的加工数据。

如果存在有两个控制单元5、6，所述控制单元操控定位机构5、6中的相应一个，能够是有利的是，执行在所述两个控制单元5、6之间的位置比较。

适宜地，加工装置10构造成用于给第一控制单元5和/或第二控制单元6提供位置信息，以便执行在第一控制单元5与第二控制单元6之间的位置比较。适宜地，控制单元5、6中的一个或两个构造成用于生成位置信息并且提供给另一个控制单元5、6。位置信息能够尤其指示，定位机构1、2中的一个处于确定的位置中，例如加工头部4和/或加工单元3处于零位置和/或定位区域中的一个或两个的边界处。

备选和/或附加于所述位置比较，例如为了时间上的同步的目的，还能够在所述两个控制单元5、6之间进行时间比较。优选地，加工装置10构造成用于给第一控制单元5和/或第二控制单元6提供时间信息，以便执行在第一控制单元5与第二控制单元6之间的时间比较。适宜地，控制单元5、6中的一个或两个构造成用于生成时间信息并且提供给另一个控制单元5、6。