专利名称：用于加工复合构件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在计算机数控控制的加工站中加工大的复合构件的方法。
背景技术：
如本发明的对象的这种类型的大的复合构件例如是用于风力发电设备的转子叶片。所述转子叶片在高成本的生产步骤中大多以手工制造。最大和最现代化的翼片由粘合的玻璃纤维和碳纤维垫组成，在所述玻璃纤维和碳纤维垫中在真空的情况下注入环氧树脂。这种高科技结构类型提供所需要的突出的稳定性和柔韧性，但是，同时保持所述翼片薄且轻。原则上，用于生产转子叶片的方法由下述步骤组成首先，由两个可加热的半壳组成的工具模加载有分型剂。所述工具模半壳铺设有玻璃纤维垫和另一增强材料。随后插入特殊的软管，应由所述软管供应由环氧树脂、固化剂和添加剂组成的混合物。随后，所述玻璃纤维垫和插入的软管通过塑料薄膜覆盖，所述塑料薄膜气密地封闭整个表面。在随后的步骤中，在所述工具和薄膜之间产生真空。所述真空将液态的环氧树脂-固化剂混合物经由软管吸入工具中，因此，所述玻璃纤维垫和另一增强材料由环氧树脂、固化剂和添加剂浸泡。在增强材料完全浸透后，所述转子叶片在大致70到120°C下被淬火。在制造相应的半壳后，形成所述转子叶片的叶片半的半壳相互粘合。在两个转子叶片半粘合的情况下，树脂从粘缝中向外挤出。为了进一步完成，必须去除这个多余部分。 这在生产过程中仍以手工进行。由于在加工时产生的玻纤增强塑料(GFK)粉尘或玻纤增强塑料颗粒时的危险性，出于工作安全原因，操作者必须穿戴具有面罩的全防护服。在手工加工时，连接缝的多余部分必须借助角磨机(切割盘)去除。随后，多余部分的残留物借助砂轮磨平。在现有技术中已经尝试用机器实现在磨掉工件缝时的相应的必要的手工操作。在US 5，407，415A中说明了一种用于大且复杂的飞机部件的边缘加工的单元。在这里使用具有臂的门型构架设备，在所述臂上安装具有工具的加工头。所述臂的运动按照相对于加工台的预先编程的路线来进行。因为，所述工具沿着预先编程的路线运动，所以一方面需要耗费的教学实践，并且另一方面工件的非常精确地可重复的位置是用于精确的工件加工的前提条件。在US 9，938，501A中说明了一种由两个用于加工船体的工作区域组成的门型构架单元。在此，涉及船体和船甲板的轮廓加工以及用于所述目的的工具准备。另一方面，提供用于抽吸玻璃纤维研磨颗粒的抽吸设备。在这里，所述加工工具在门型构架上被引导。在WO 2008/077844中已知一种用于表面加工风力发电设备的转子叶片的装置。 在这里已经说明，研磨工具借助门型构架沿着所述转子运动，并且在此，逐段地加工所述表
WO 2008/110899说明了一种移动式加工单元，其用于表面加工大的构件，例如船。 在这里，借助于投影仪将结构化的光线投影到表面上，其中，借助于两个摄影机录制结果。 从录制的图像中借助于计算机辅助产生表面的精确的3D图像，并且用于加工。
发明内容
现在，本发明的目的是，提出一种用于沿着在工件上存在的边缘自动加工大的并且特别是复杂的复合构件的方法。根据本发明，该目的通过下述方法得以实现，所述方法的特征在于，借助于测量系统沿着预定的工件边缘引导加工工具，其中加工工具同时实现加工操作，同时根据测量结果生成所述用于控制加工工具的计算机数控控制程序。因此，在计算机数控控制的加工站中加工大的复合构件。所述加工工具借助于测量系统沿着预定的构件边缘引导。在此，加工工具同时实现加工操作。同时根据测量系统的测量结果生成用于控制加工工具的计算机数控控制程序。因此，根据本发明，提供三维的实时轮廓测定，以至于能够沿着待加工的边缘或与该边缘具有精确限定的距离地引导具有工具的加工头，其中，可实现所述加工目的。所述加工目的例如为去除如在组装构件时产生的材料多余部分。但是其它加工目的，如随后的研磨、必要的钻孔操作或铣削目的也可以借助加工工具在考虑到根据本发明的方法的情况下实施。从下述说明中获得本发明的优选的实施方式。所述复合构件的工件边缘借助于适宜的测量系统测量，所述测量系统优选由激光三角测量传感器组成。为此，所述传感器安装在加工头上，并且与所述加工头一起沿加工运动的方向运动。在此，所述传感器安装在实际的工具之前，并且测定在离工具接合前不久工件边缘的分布。借助于适宜的计算机控制装置，也就是说计算机数控控制装置，从测量信号中测定边缘分布，以至于所述加工头或加工工具可在三个空间平面中同时被追踪。因此，待加工的工件不必为了加工而特别地定向，因为所述加工目的与已存在的工件边缘有关。根据本发明的特别有利的实施方式，所述测量信号可以借助存储的数据，例如CAD 数据调整。因此，在加工期间所述计算机数控加工程序可不断地适配于真正的轮廓。所述工件边缘的一定程度的不精确性可借助预定数据补偿。此外可以通过借助存储的数据的调整来设置安全区。那么，在偏差过大的情况下， 可以在导致工件的损坏前中断加工过程。在加工周期开始时，在所述工件上必须确定至少一个点，并且输入到所述计算机数控控制装置中，其中，同时必须规定方向矢量。为此可替代的是，在这种情况下也可以在工具上确定两个点，并且输入所述计算机数控控制系统中。随后，所述加工过程在规定的工件边缘上自动定向。本发明的另一方面在于，通过加工工具的电动机电流的耗用，可借助于确定的边界条件跟踪优选转动的工具的进给速度或工具转速。在这里可以依据电动机电流，例如在待去除的材料的密度较小的情况下提高进给速度，或者在材料削减很高的情况下降低进给速度。因此可获得最优的加工时间，而不会例如由于过高的进给速度导致工件过热损坏，并且也不会导致与此相关的热量侵入。因此，同时可考虑到工具的损耗状态和磨损状态。
所述加工头可有利地配备有自动的工具更换系统，以便能够分别替换适合于所述加工目的的工具。为此，所述工具数据和重要的信息，如三角测量系统与工具储备区域的距离，可存储在机器控制装置中。根据本发明的方法不仅能有利地应用在风力发电转子的生产中，而且也能应用在船、飞机构件、车辆组件或类似的复杂的构件的生产中。
借助于在附图中示出的实施例详细解释本发明的其它特征、细节和优点。附图示出图1示出在根据本发明的加工站中的待加工的复合构件的示意的三维视图；图2示出加工头的细节的斜视图，所述加工头用于实施根据本发明的方法；以及图3示出根据图2的加工头的俯视图。
具体实施例方式在图1中例如示出作为待加工的复合构件的转子叶片10。在这里示出的转子叶片 10中，转子叶片半直接相互粘合。树脂从所述粘接缝中以在这里未详细示出的方式向外溢出，以至于在这里产生多余部分，为了进一步完成，必须去除所述多余部分。为此，所述转子叶片10被固定地夹紧在多件式构件保持装置12上。被夹紧的转子叶片10在工作过道中由平面门型构架14包围，在所述平面门型构架中分别侧向提高地设置所述门型构架引导装置16。在所述平面门型构架14中，在提升轴22上设置有加工工具20。通过所述平面门型构架14，具有已设置的加工工具的所述加工头20可以沿着待加工的复合构件运动，以用于加工直线形的缝区域。在图2和3中更详细地示出所述加工头20。在所述加工头20中设置有用于在这里本身未示出的加工工具的驱动装置对。借助于所述驱动装置M使工具容纳部26处于转动。在所述工具容纳部上可自动容纳分别待应用的工具。当必须切除在所述复合构件上的多余部分时，工具为这里未详细示出的切割盘，所述切割盘优选侧向覆有金刚石，并且优选具有用于粉尘排出的槽。但是，也可以在所述工具容纳部26上容纳任意其它的转动的工具。在所述加工头上，在工具的旁边设置有测量系统观，所述测量系统在当前情况下由激光三角测量传感器组成。借助于所述激光三角测量传感器发出光学的测量信号30。如特别是从图3中得出，所述测量系统观沿运动方向a设置在工具容纳部沈前面，使得在所述工具达到接合前，测量信号30检测待加工的区域的坐标。因此，所述传感器安装在加工位置附近。因为根据这个传感器进行所述运动控制，所以所述加工系统的系统刚性总体上不纳入加工精确性。相应的偏差由所述传感器识别，并且立即通过所述加工头 20的三维的空间定向平衡。在这里示出的实施例中，所述加工头设置在平面门型构架上。但是，所述加工头能够以相同的方式固定在任意其它的运动单元上，例如固定在机器人臂上，其中，所述机器人可在地面行驶轨道上或倾斜的轨道上沿着待加工的复合构件运动，或者固定在可在直线门型构架中引导的机器人臂上，或者固定在另一等效的装置上。
在可选的实施形式变形方案中，当所述构件相当小，以至于静立的机器人的机器人臂到达所述复合构件的待加工的区域时，所述加工头也可以设置在静立的机器人上。
权利要求
1.一种用于在计算机数控控制的加工站中加工复合构件的方法，其特征在于，借助于测量系统沿着预定的工件边缘引导加工工具，其中，加工工具同时实现加工操作，同时根据测量结果生成用于控制加工工具的计算机数控控制程序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量系统的测量结果在加工期间借助存储的CAD数据和/或所述复合构件的单独地被收集的测量点调整，以至于一方面根据测量系统的最新收集的测量值相对于已存储的CAD数据或提前存储的测量点更改并更新所述计算机数控控制程序，但是，另一方面在复合构件的所测量到的加工轮廓与存储的CAD 数据或提前存储的测量点偏差过大时，中断加工过程。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据例如工具驱动装置的电流消耗的已选择的工作参数，在考虑加工所述复合构件时的例如切割速度的工艺上的边界条件的情况下，控制所述工具的例如进给速度和/或转速的工作参数，以用于避免所述复合构件的过热。
4.如权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，依据工具磨损来调节所述工具的所述工作参数，例如所述进给速度。
5.如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于，所述方法应用于风力发电转子的转子叶片、船、飞机构件或车辆构件的生产。
6.一种用于实施如权利要求1到5之一所述的方法的装置，其特征在于，所述加工工具与所述测量系统共同设置在加工头上。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加工工具配备有自动的工具更换系统。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述加工头在平面或直线门型构架上引导。
9.如权利要求6或7之一所述的装置，其特征在于，所述加工头设置在机器人臂上，其中，所述机器人可在地面行驶轨道上或倾斜的轨道上沿着所述待加工的复合构件运动，或构成为固定的机器人。
10.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述测量系统具有激光三角测量传感器。
全文摘要
本发明涉及一种用于在计算机数控(CNC)控制的加工站中加工复合构件的方法，其特征在于，借助于测量系统沿着预定的工件边缘引导加工工具，其中，加工工具同时实现加工操作，并且其中，根据测量结果生成用于控制加工工具的计算机数控控制程序。此外，本发明涉及一种用于实施所述方法的装置。
文档编号G05B19/19GK102331742SQ20111013945
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者威廉·肯纳克内希特, 托马斯·马特恩, 阿洛伊斯·蒙特 申请人:利勃海尔-齿轮技术有限责任公司