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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung sowie ein Bearbeitungssystem, mit denen eine Bearbeitung von Werkstücken vorgenommen werden kann.
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Aus der
EP 1 004 393 B1 ist es bekannt, einen automatischen Werkzeugwechsel an wenigstens einer Werkzeugmaschine mit einem als Werkzeugwechsler dienenden Roboter, der wenigstens sechs Achsen aufweist, durchzuführen, wobei die Werkzeugmaschine und der separat ausgebildete Roboter eine Bearbeitungseinrichtung bilden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bearbeitungseinrichtung und ein Bearbeitungssystem bereitzustellen, mit denen eine besonders flexible Werkstückbearbeitung verwirklicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird für eine Bearbeitungseinrichtung dadurch gelöst, dass die Bearbeitungseinrichtung eine Bearbeitungseinheit umfasst, die zur Bearbeitung von Werkstücken an einem Bearbeitungsplatz ausgebildet ist und ferner einen Manipulator umfasst, der für einen Transport von Werkstücken zwischen dem Bearbeitungsplatz und einem beabstandet vom Bearbeitungsplatz angeordneten Übergabeplatz ausgebildet ist, wobei die Bearbeitungseinheit, der Bearbeitungsplatz und der Manipulator in einem Arbeitsraum angeordnet sind, der von einem Maschinengehäuse begrenzt ist, wobei der Manipulator dazu ausgebildet ist, das Werkstück zu dem außerhalb des Arbeitsraums angeordneten Übergabeplatz zu transportieren.
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Die Bearbeitungseinrichtung kann zur Durchführung von Abtragvorgängen am Werkstück, beispielsweise durch Drehen, Fräsen, Erodierend, verdampfen ausgebildet sein. Ergänzend oder alternativ kann die Bearbeitungseinheit für Auftragvorgänge auf das Werkstück wie Lackieren, Lasersintern, Bedrucken, ausgebildet sein. Ferner kann die Bearbeitungseinheit auch für eine Modifikation von Werkstückeigenschaften, beispielsweise durch Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr, ausgebildet sein. In jedem Fall ist die Bearbeitungseinheit in einem Maschinengehäuse aufgenommen, das zur Abschirmung des von der Bearbeitungseinheit durchzuführenden Bearbeitungsvorgangs gegenüber einer Umgebung der Bearbeitungseinrichtung vorgesehen ist. Bei diesen Maschinengehäuse kann handelt es sich vorzugsweise um einen gestaltfesten Hohlkörper, dessen Wandflächen aus Materialien hergestellt sind, die an die Anforderungen des von der Bearbeitungseinheit durchzuführenden Bearbeitungsvorgangs angepasst sind. Das Maschinengehäuse begrenzt einen Arbeitsraum, wobei in diesem Arbeitsraum die Bearbeitungseinheit und der Manipulator angeordnet sind.
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Der Manipulator dient zur Handhabung von Werkstücken, die an dem Bearbeitungsplatz, der durch die Bearbeitungseinheit bestimmt wird und der im Arbeitsraum angeordnet ist, bearbeitet werden können und ermöglicht die Verlagerung von Werkstücken vom Bearbeitungsplatz zu einem Übergabeplatz. Der Übergabeplatz ist beabstandet zum Bearbeitungsplatz angeordnet und befindet sich außerhalb des Arbeitsraums und dementsprechend außerhalb des Maschinengehäuses. Beispielhaft ist vorgesehen, dass an dem Übergabeplatz eine Bereitstellung von unbearbeiteten Werkstücken durch geeignete Fördermittel wie beispielsweise Förderbänder, Handwagen, führerlose Transportsysteme, sowie eine Abfuhr von bereits bearbeiteten Werkstücken durch die gleichen oder andere Fördermittel vorgesehen ist.
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Entscheidend ist, dass der Manipulator derart ausgebildet ist, dass er Werkstücke am Bearbeitungsplatz handhaben kann und dass er Werkstücke von dem Bearbeitungsplatz an den Übergabeplatz und vom Übergabeplatz an den Bearbeitungsplatz transportieren kann. Hierzu ist es erforderlich, dass der Manipulator beispielsweise in eine erste Funktionsstellung gebracht werden kann, in der eine Handhabung oder Manipulation des Werkstücks am Bearbeitungsplatz vorgenommen werden kann, wobei sich der Manipulator hierbei vollständig innerhalb des Maschinengehäuses befindet. Ferner ist vorzusehen, dass der Manipulator in eine zweite Funktionsstellung gebracht werden kann, in der zumindest ein Endbereich des Manipulators aus dem Arbeitsraum herausragt, um ein Werkstück vom Bearbeitungsplatz an den Übergabeplatz oder in umgekehrter Richtung transportieren zu können.
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Der Manipulator bildet einen integralen Bestandteil der Bearbeitungseinrichtung anzusehen und kann auf die Erfordernisse der Bearbeitungseinheit optimal angepasst werden. Ferner wird durch die Integration des Manipulators in das Maschinengehäuse eine Bearbeitungseinrichtung bereitgestellt, die in einem Produktionsumfeld, in dem relativ einfache Fördereinrichtungen zur Bereitstellung und Abholung von Werkstücken wie beispielsweise handbetätigte Transportwagen zur Verfügung stehen, effizient eingesetzt werden kann. Auch in einem komplexen Produktionsumfeld, in dem Fördereinrichtungen aus der Gruppe: Förderbänder, Förderketten, Flurförderfahrzeuge, Industrieroboter zur Bereitstellung und Abholung von Werkstücken vorgesehen sind, kann die Bearbeitungseinrichtung in einer effizienten Weise eingesetzt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Manipulator einen gelenkig ausgebildeten Manipulatorarm und eine Manipulatorsteuerung umfasst, wobei der Manipulatorarm aus mehreren durch Gelenke miteinander verbundenen Armteilen gebildet ist und wobei wenigstens eine pneumatische Antriebseinrichtung für eine Einleitung einer Relativbewegung auf eines der Gelenke vorgesehen ist, wobei die Manipulatorsteuerung für eine Belüftung und Entlüftung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist der Manipulator in der Art eines Mehrachs-Industrieroboters ausgebildet, bei dem benachbart zueinander angeordnete Armteile durch Schwenkgelenke mit einem oder mehreren rotatorischen Freiheitsgraden der Bewegung verwirklicht sind. Vorzugsweise ist die Anzahl der Armteile und der Gelenke derart gewählt, dass ein Endbereich des Manipulatorarms, der auch als Endeffektor bezeichnet wird, innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsraums in beliebiger räumlicher Ausrichtung ausgerichtet werden kann. Ferner ist vorgesehen, dass wenigstens einem der Gelenke eine pneumatische Antriebseinrichtung, beispielsweise ein Pneumatikzylinder, ein Faltenbalg oder ein pneumatischer Schwenkantrieb zugeordnet ist, die zur Bereitstellung der Bewegung zwischen den benachbarten Armteilen ausgebildet ist und die mit einer Manipulatorsteuerung verbunden ist. Bei der Manipulatorsteuerung handelt es sich vorzugsweise um eine elektropneumatische Steuerung mit einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor, auf dem ein Computercode oder Computerprogramm zur Steuerung der pneumatischen Antriebseinrichtung abläuft und dem eine Ventilanordnung zugeordnet ist, die durch elektrische Steuersignale angesteuert werden kann und die zur Belüftung und Entlüftung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung genutzt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der pneumatischen Antriebseinrichtung oder dem von der pneumatischen Antriebseinrichtung bewegten Gelenk ein Sensormittel zugeordnet ist, das zur Bereitstellung eines Sensorsignals an die Manipulatorsteuerung ausgebildet ist, wobei das Sensorsignal die relative Stellung der durch das jeweilige Gelenk verbundenen Armteile repräsentiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem Gelenk ein Sensormittel zugeordnet ist, so dass die Manipulatorsteuerung zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine Aussage über die räumliche Konfiguration des Manipulators treffen kann.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Gesamtmasse des Manipulators in einem Bereich unterhalb von 20 kg, vorzugsweise unterhalb von 10 kg, insbesondere 3 kg, angesiedelt ist. Ferner kann vorgesehen werden, dass der Manipulator entsprechend der DIN ISO/TS 15066:2017-04, in der Roboter und Robotikgeräte und insbesondere kollaborierende Roboter definiert werden, aufgebaut ist und betrieben wird. Ferner kann vorgesehen werden, dass der Manipulator entsprechend der DIN EN ISO 10218 -1:2021 (Ausgabe 2021-09) ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass jeder der Gelenke eine pneumatische Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Eine derartige rein pneumatische Ausgestaltung des Manipulators ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Gefahr besteht, dass im Arbeitsraum während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs eine zündfähige Atmosphäre entstehen kann oder entsteht. Ferner ist eine vollständig pneumatische Betriebsweise für den Manipulator auch im Hinblick auf Verschmutzungen, die während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs entstehen können, vorteilhaft, da durch die Überdruckbeaufschlagung der pneumatischen Antriebseinrichtung in eine gewisse Selbstreinigung gewährleistet ist. Es versteht sich, dass eventuell vorgesehene Sensoren in einem solchen Fall in einer explosionsgeschützten Ausführung, beispielsweise mit einer entsprechenden Kapselung und/oder durch Begrenzung der maximal auftretenden elektrischen Spannungen, die unterhalb einer Zündspannung liegen müssen, auszuführen sind. Darüber hinaus kann bei einer Reihe pneumatischen Ausgestaltung des Manipulators für wenigstens eine der pneumatischen Antriebseinrichtung, insbesondere für alle der pneumatischen Antriebseinrichtungen, eine Drucküberwachung vorgenommen werden, mit der Rückschlüsse auf Kräfte und Drehmomente gezogen werden können, die vom Manipulator bereitgestellt werden und anhand derer beispielsweise eine Kraftbegrenzung bzw. Drehmoment Begrenzung zur Einhaltung von Sicherheitsvorschriften für den Manipulator durchgeführt werden kann.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Endbereich des Manipulatorarms eine Greifeinrichtung für ein Greifen des Werkstücks umfasst. Die Greifeinrichtung kann rein passiv ausgestaltet sein, beispielsweise indem am Endbereich des Manipulatorarms ein Haken ausgebildet ist, der in eine geeignete Ausnehmung in einem Werkstückträger oder im Werkstück eingreift und durch eine Relativbewegung gegenüber dem Werkstück ein Aufnehmen und Absetzen des Werkstücks ermöglicht. Alternativ ist die Greifeinrichtung als aktive Greifeinrichtung ausgebildet, bei der beispielsweise eine Relativbewegung einer ersten Greifbacke gegenüber einer zweiten Greifbacke vorgesehen ist, wobei eine Einleitung diese Relativbewegung durch einen pneumatischen Antrieb vorgesehen sein kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Manipulator mit einer Erfassungseinrichtung, insbesondere mit einer Kamera, ausgestattet ist, die mit der Manipulatorsteuerung verbunden ist und die zur Erfassung einer Position des Übergabeplatzes ausgebildet ist. Eine solche Erfassungseinrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bearbeitungseinrichtung in einer Produktionsumgebung mit niedriger Komplexität eingesetzt werden soll, bei der keine vollständig exakte Positionierung des Übergabeplatzes gegeben ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der Übergabeplatz beispielsweise auf einen Transportwagen realisiert wird, der von einem Bediener manuell vor der Bearbeitungseinrichtung platziert wird, hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Transportwagen manuell auf Markierungen gestellt wird, die auf dem Boden aufgebracht sind. Um in diesem Fall dennoch ein präzises Greifen des Werkstücks zu ermöglichen ist der Manipulator mit der Erfassungseinrichtung versehen, die anhand einer vorgegebenen Geometrie, beispielsweise einer entsprechenden Markierungen wie einem Fadenkreuz, die relative Position zwischen dem Übergabeplatz und der Bearbeitungseinrichtung ermitteln kann, um dementsprechend den Endbereich des Manipulators zur Aufnahme bzw. zur Ablage des Werkstücks platzieren zu können. Bevorzugt handelt es sich bei der Erfassungseinrichtung um eine Kamera, mit der wenigstens ein Bild des Übergabeplatzes ermittelt und an eine entsprechende Bildverarbeitung weitergeleitet werden kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Manipulator während einer Erfassung der Position des Übergabeplatzes zumindest eine gewisse räumliche Bewegung durchführt und dabei aus mehreren Blickwinkeln Kamerabilder aufnimmt, um anhand der hierbei gewonnenen Mehrzahl von Kamerabildern eine exakte Bestimmung der Position des Übergabeplatzes zu ermöglichen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Manipulator wenigstens eine Sensoreinrichtung aus der Gruppe: Abstandssensor, Kontaktsensor, Bewegungssensor, zugeordnet ist und dass die Manipulatorsteuerung für eine Auswertung von Sensorsignalen der wenigstens einen Sensoreinrichtung und für eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung ausgebildet ist. Die Aufgabe der Sensoreinrichtung besteht darin, eventuelle Kollisionen des Manipulators mit Werkstücken oder anderen Gegenständen oder Bedienpersonen zu vermeiden oder im Falle einer eventuellen Kollisionen eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung vorzunehmen. Durch diese Sensoreinrichtung wird der, vorzugsweise vollständig pneumatisch betriebene, Manipulator in die Lage versetzt, ohne zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie einen Sicherheitskäfig auch in einem Raumvolumen außerhalb des Maschinengehäuses zu operieren, in dem sich auch Bedienpersonen aufhalten können. Vorzugsweise sind die wenigstens eine Sensoreinrichtung, die Manipulatorsteuerung sowie der Manipulator in einer Weise gestaltet, dass sie den jeweils geltenden Anforderungen für eine Kollaboration mit Bedienpersonen entsprechen.
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Mit einem Abstandssensor kann eine Erfassung eines Abstands des Manipulators zu einem benachbarten Gegenstand oder einer Bedienperson vorgenommen werden. Anhand dieser Informationen kann die Manipulatorsteuerung in Kenntnis der geplanten Bewegungsbahn und eines geplanten Geschwindigkeitsverlaufs für die Bewegung des Manipulators eine Entscheidung darüber treffen, inwieweit mit einer Kollision zu rechnen ist und gegebenenfalls die sicherheitsgerichtete Ansteuerung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung vornehmen.
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Ein Kontaktsensor dient zur Erfassung eines unmittelbaren körperlichen Kontakts zwischen Manipulator und einem Gegenstand oder einer Bedienpersonen. Bei Vorliegen eines Sensorsignals eines Kontaktsensors kann beispielsweise eine sofortige Abschaltung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung oder eine Bewegungsumkehr für die wenigstens eine pneumatische Antriebseinrichtung durch die Manipulatorsteuerung bewirkt werden.
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Ein Bewegungssensor ermöglicht die Erfassung von Relativbewegungen eines Werkstücks und/oder einer Bedienperson bezogen auf den Manipulator und dient der Manipulatorsteuerung ebenfalls zu eventuellen sicherheitsgerichteten Ansteuerung der wenigstens einen pneumatischen Antriebseinrichtung.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Maschinengehäuse mit einer Öffnung versehen ist, der eine Verschlusseinrichtung zugeordnet ist, die für ein zeitweiliges Verschließen der Öffnung ausgebildet ist, und wenn der Manipulator in einer ersten Funktionsstellung vollständig innerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist und in einer zweiten Funktionenstellung die Öffnung mit zumindest einem Armteil, insbesondere mit dem Endeffektor, durchsetzt. Bei der Verschlusseinrichtung, die für das zeitweiligen Verschließen der Öffnung im Maschinengehäuse vorgesehen ist, kann es sich beispielsweise um eine Schiebetür oder einen Rollladen handeln, der manuell von einer Bedienperson oder in automatisierter Weise geöffnet und geschlossen werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verschlusseinrichtung während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs die Öffnung im Maschinengehäuse verschließt und die Öffnung nur für den Fall freigibt, dass eine Zufuhr oder Abfuhr des Werkstücks in den Arbeitsraum bzw. aus dem Arbeitsraum vorgenommen werden soll. Ferner ist vorgesehen, dass der Manipulator in einer ersten Funktionsstellung vollständig innerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Funktionsweise der Bearbeitungseinheit vorgesehen sein kann, dass der Manipulator während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs eine kompakte Ruhestellung, insbesondere abseits der Bearbeitungseinheit, einnimmt oder alternativ zur Unterstützung des Bearbeitungsvorgangs bewegt wird. Für den Wechsel des Werkstücks ist vorgesehen, dass der Manipulator eine zweite Funktionsstellung einnimmt, in der ein Werkstück vom Übergabeplatz aufgenommen oder an den Übergabeplatz übergeben werden kann. Bei dieser zweiten Funktionenstellung ist dementsprechend vorgesehen, dass wenigstens ein Armteil des Manipulators die Öffnung durchsetzt. Ausgehend von dieser zweiten Funktionsstellung ist der Manipulator dazu ausgebildet, das Werkstück bis zum Bearbeitungsplatz zu transportieren und dort abzusetzen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Manipulator für eine Betätigung wenigstens einen am Maschinengehäuse angebrachten Bedienfelds, insbesondere eines Bedienknopfs, der Bearbeitungseinheit ausgebildet ist. Hier liegt die Überlegung zu Grunde, dass der Manipulator hiermit in einfacher Weise und ohne einen komplexen Eingriff in die Maschinensteuerung der Bearbeitungseinheit in die Lage versetzt wird, einen von der Bearbeitungseinheit durchzuführenden Bearbeitungsvorgang zu beeinflussen. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass an einer Außenoberfläche des Maschinengehäuses ein Bedienfeld angebracht ist, das einen oder mehrere Bedienknöpfe aufweist, die prinzipiell dafür vorgesehen sind, dass ein Bediener den von der Bearbeitungseinheit durchzuführenden Bearbeitungsvorgang starten und/oder unterbrechen und/oder beenden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass mit dem Bedienfeld eine Betätigung der Verschlusseinrichtung zum Öffnen und/oder Schließen des Arbeitsraums durchgeführt werden kann. Bei geeigneter kinematischer Auslegung des Manipulatorarms und entsprechender Programmierung der Manipulatorsteuerung kann vorgesehen sein, dass ein am Manipulator angebrachter Endeffektor zu Betätigung des Bedienfelds eingesetzt werden kann.
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Beispielhaft kann vorgesehen werden, dass der Manipulator nach dem Aufnehmen eines Werkstücks vom Übergabeplatz und dem Transportieren des Werkstücks zum Bearbeitungsplatz die Betätigung des Bedienfelds mit dem Endeffektor durchführt, um beispielsweise die Verschlusseinrichtung zu betätigen und damit den Arbeitsraum zu verschließen und/oder den Bearbeitungsvorgang zu starten. Sofern mit der Betätigung des Bedienfelds die Betätigung der Verschlusseinrichtung bewirkt werden soll und das Bedienfeld außerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist, ist ferner vorzusehen, dass der Manipulator nach der Betätigung des Bedienfelds eine Bewegung durchführt, mit der sichergestellt wird, dass der Manipulator ausschließlich im Arbeitsraum und nicht mehr außerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist. Bei einer solchen Nutzung des Manipulators zur Betätigung des Bedienfelds ist vorteilhaft, dass keine Veränderung der Programmierung der Maschinensteuerung vorgenommen werden muss und dennoch durch den Manipulator eine Steigerung des Automatisierungsgrads für die Bearbeitungseinrichtung bewirkt werden kann, da zumindest einige Bedienvorgänge, die üblicherweise von einem Bediener durchgeführt werden, von dem Manipulator vorgenommen werden können.
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Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Bedienknopf im Arbeitsraum angeordnet ist, mit dem beispielsweise ein Öffnen der Verschlusseinrichtung herbeigeführt werden kann. In diesem Fall mit dem Endeffektor des Manipulators zu einem geeigneten Zeitpunkt, insbesondere nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs für das Werkstück, eine Ansteuerung der Verschlusseinrichtung bewirkt werden, so dass die Öffnung im Maschinengehäuse freigegeben wird und das bearbeitende Werkstück vom Manipulator an den Übergabeplatz transportiert werden kann.
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Sämtliche weiteren Bedienvorgänge wie beispielsweise eine Änderung des Bearbeitungsvorgangs für den Bearbeitungsvorgang können dann bei geöffneter Verschlusseinrichtung vom Endeffektor des Manipulators an dem außerhalb des Arbeitsraums liegenden Bedienfeld durchgeführt werden. In dieser Weise wird die Bearbeitungseinrichtung in die Lage versetzt, ohne Zutun eines Bedieners eine ganze Reihe unterschiedlicher Arbeitsvorgänge durchzuführen, ohne dass hierfür eine komplexe Programmierung einer Schnittstelle zwischen der Manipulatorsteuerung des Manipulators und der Maschinensteuerung der Bearbeitungseinheit erforderlich ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass am Maschinengehäuse, vorzugsweise an einer Außenoberfläche des Maschinengehäuses, insbesondere im Bereich der Öffnung, eine Überwachungseinrichtung, insbesondere aus der Gruppe: Lichtschranke, Lichtgitter, Kamera, angeordnet ist, die mit der Manipulatorsteuerung verbunden ist und die für eine Absicherung eines an das Maschinengehäuse angrenzenden Raumabschnitts ausgebildet ist. Die Überwachungseinrichtung ermöglicht somit bereits vor einer Bewegung des Manipulators, insbesondere bei geschlossener Öffnung, eine Bewertung der Situation im Vorfeld des Maschinengehäuses. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung zusammen mit der Erfassungseinrichtung am Manipulator zum Einsatz kommt, um eine möglichst umfassende sicherheitsgerichtete Abtastung des an das Maschinengehäuse angrenzenden Raumabschnitts zu ermöglichen. Sofern hierbei ermittelt wird, dass durch eine Operation des Manipulators eine Gefährdung im Vorfeld des Maschinengehäuses auftreten könnte, wird durch die Manipulatorsteuerung eine entsprechende Ansteuerung des Manipulators verhindert, bis die Gefahrensituation behoben werden konnte.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Manipulator mit einer Abgabedüse zur Bereitstellung wenigstens eines Fluids aus der Gruppe: Druckluft, Kühlschmiermittel, Reinigungsmittel ausgebildet ist. In diesem Fall kann der Manipulator die Bearbeitungseinheit während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs unterstützen, in dem beispielsweise Druckluft, ein Kühlschmiermittel oder ein Reinigungsmittel an die Bearbeitungsstelle zugeführt werden. Ergänzend oder alternativ kann der Manipulator vor der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs und/oder nach der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs dazu eingesetzt werden, das Werkstück zu reinigen. Diese der Bearbeitung vorausgehenden und/oder der Bearbeitung nachfolgenden Reinigungsvorgänge wird vorzugsweise am Arbeitsplatz ausgeführt, können aber auch am Übergabeplatz durchgeführt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Bearbeitungssystem gelöst, das eine erfindungsgemäße Bearbeitungseinrichtung sowie einen Werkstücktisch umfasst, wobei der Werkstücktisch wenigstens einen Übergabeplatz zur zeitweiligen Aufnahme eines Werkstücks aufweist und wobei dem Übergabeplatz eine Positionsmarkierung zugeordnet ist, die für eine Erfassung durch eine dem Manipulator zugeordneten Erfassungseinrichtung ausgebildet ist. Der Begriff des Werkstücktischs umfasst auch zur Aufnahme von Werkstücken oder mit Werkstücken versehenen Werkstückträgern ausgebildete Übergabeplätze an Fördersystemen wie Förderbändern, Flurförderfahrzeugen oder an Handwagen oder fest montierten Werkstückregalen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine Bearbeitungseinrichtung mit einer Bearbeitungseinheit und einem Manipulator, die gemeinsam in einem Maschinengehäuse aufgenommen sind, wobei der Manipulator eine erste Funktionsstellung einnimmt, und
- 2 die Bearbeitungseinrichtung gemäß der 1, wobei der Manipulator eine zweite Funktionsstellung einnimmt.
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Eine in den 1 und 2 gezeigte Bearbeitungseinrichtung 1 umfasst eine Bearbeitungseinheit 2, die für eine Werkstückbearbeitung ausgebildet ist, sowie einen Manipulator 3, der für eine Werkstückhandhabung ausgebildet ist. Die Bearbeitungseinheit 2 sowie der Manipulator 3 sind in einem rein exemplarisch quaderförmig ausgebildeten Maschinengehäuse 4 aufgenommen, dessen nicht bezeichnete Innenoberflächen einen Arbeitsraum 40 begrenzen. Das Maschinengehäuse 4 ist an die von der Bearbeitungseinheit 2 durchzuführenden Bearbeitungsvorgänge angepasst und gewährleistet für eine Umgebung der Bearbeitungseinrichtung 1 einen Schutz gegenüber eventuell während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs auftretenden Verschmutzungen, Geräuschen oder gefahrbringenden Bewegungen. An einer Außenoberfläche des Maschinengehäuses 4 ist ein nicht dargestelltes Bedienfeld angebracht, das mehrere nicht dargestellte Bedienknöpfe aufweist, die zur Bediendung durch einen ebenfalls nicht dargestellten Bediener vorgesehen sind. Beispielsweise kann mit den Bedienknöpfen ein Start und/oder ein Ende eines Bearbeitungsvorgangs bewirkt werden, der von der Bearbeitungseinheit 2 vorgenommen werden kann. Im Maschinengehäuse 4 ist rein exemplarisch ein weiterer Bedienknopf 60 angeordnet, mit dem der Manipulator 3 einen Einfluss auf den Bearbeitungsvorgang nehmen kann, insbesondere einen Start des Bearbeitungsvorgangs auslösen kann. Der Bedienknopf 60 kann wahlweise für eine kontaktgebundene oder eine kontaktlose Betätigung durch den Manipulator 3 ausgebildet sein. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Bedienknopf 60 als Näherungsschalter ausgebildet ist und einen Schaltvorgang, beispielsweise einen Start eines Bearbeitungsvorgangs, auslöst, wenn der Manipulator 3 einen vorgegebenen Mindestabstand gegenüber dem Bedienknopf 60 unterschreitet.
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Rein exemplarisch ist die Bearbeitungseinheit 2 als Fräseinrichtung ausgebildet, die beispielhaft an einem Deckenabschnitt 41 des Maschinengehäuses 4 angebracht ist und zur Bearbeitung eines Werkstücks 16 eingesetzt werden kann, das an einem Werkstückträger 15 festgelegt ist, der seinerseits an einem Bearbeitungsplatz 5 angeordnet ist, der als Oberfläche einer Bodenplatte 42 des Maschinengehäuses 4 ausgebildet ist.
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Der Manipulator 3 ist ebenfalls am Deckenabschnitt 41 des Maschinengehäuses 4 angebracht, wodurch eine gute Zugänglichkeit des Maschinengehäuses 4 gewährleistet ist, insbesondere für den Fall, dass der Manipulator 3 in eine nicht dargestellte, kompakte Funktionsstellung gebracht wird, in der der Manipulator 3 einen maximalen Abstand zur Bodenplatte 42 des Maschinengehäuses 4 aufweist.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Manipulator 3 eine ortsfest mit dem Deckenabschnitt 41 verbundene Manipulatorbasis 43 sowie einen schwenkbeweglich an der Manipulatorbasis 43 angebrachten Manipulatorarm 7 aufweist. Der Manipulatorarm 7 ist aus mehreren Armteilen 30 aufgebaut, die jeweils durch Gelenke 31 schwenkbeweglich miteinander verbunden sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Gelenke 31 jeweils genau einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweisen und Rotationsachsen der Gelenke 31 senkrecht zur Darstellungsebene der 1 und 2 ausgerichtet sind, so dass sämtliche Armteile 30 des Manipulatorarms 7 ausschließlich in einer Bewegungsebene bewegt werden können, die parallel zur Darstellungsebene der 1 und 2 ausgerichtet ist.
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Ferner ist rein exemplarisch vorgesehen, dass jedes der Gelenke 31 als pneumatischer Schwenkantrieb 50 ausgebildet ist, wie dies der Detaildarstellung der 2 schematisch zu entnehmen ist. Hierbei ist in einem rein exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildeten Antriebsgehäuse 51 ein kreiszylindrischer Druckraum 52 ausgebildet ist, in dem eine koaxial zu einer Mittelachse des Druckraums 52 angeordnete Antriebswelle 53 mit einem Schwenkflügel 54 sowie ein Trennsteg 55 angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass der Schwenkflügel 54 drehfest mit der Antriebswelle 53 verbunden ist und gegenüber nicht bezeichneten Innenoberflächen des Druckraums 52 abgedichtet ist. Ferner ist der fest mit dem Antriebsgehäuse 51 verbundene Trennsteg 55 gegenüber der schwenkbar im Antriebsgehäuse 51 gelagerten Antriebswelle 53 abgedichtet. Das Antriebsgehäuse 51 mit einem der beiden Armteile 30 gekoppelt, die über das Gelenk 31 schwenkbeweglich miteinander verbunden werden. Die Antriebswelle 53 ist mit dem anderen der beiden Armteil 30 gekoppelt, so dass eine Schwenkbewegung der Antriebswelle 53 und des daran festgelegten Schwenkflügels 54 eine Schwenkbewegung der beiden Armteil 30 zueinander bewirken. Um die für eine solche Schwenkbewegung erforderlichen Kräfte bzw. Drehmomente bereitstellen zu können, ist es vorgesehen, dass wahlweise ein vom Antriebsgehäuse 51, von der Antriebswelle 53, vom Schwenkflügel 54 und vom Trennsteg 54 begrenzter erster Arbeitsraum 56 bzw. zweite Arbeitsraum 57 mit einem druckbeaufschlagten Arbeitsfluid versorgt wird. Aufgrund der hierbei auftretenden Druckkräfte und einer vorzusehen den Druckdifferenz zwischen dem ersten Arbeitsraum 56 und den zweiten Arbeitsraum 57 stellt sich ein Drehmoment ein, mit dem die gewünschte Schwenkbewegung zwischen den beiden Teilen 30 hervorgerufen wird. Die beiden Arbeitsräume 56, 57 sind über nicht dargestellte Druckluftleitungen mit einer elektropneumatischen Manipulatorsteuerung 8 verbunden, die zur Bereitstellung der notwendigen Fluidströme ausgebildet ist.
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Wie der Detaildarstellung des Gelenks 30 in der 2 weiterhin entnommen werden kann, ist dem pneumatischen Schwenkantrieb 50 eine als Drehgeber 58 ausgebildete Sensoreinrichtung zugeordnet, mit deren Hilfe eine relative Schwenkstellung des jeweiligen pneumatischen Schwenkantriebs 50 ermittelt werden kann. Der Drehgeber 58 ist über eine nicht dargestellte elektrische Sensorleitung mit der Manipulatorsteuerung 8 verbunden.
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Rein exemplarisch ist ein endseitig am Manipulatorarm 7 angeordnetes Armteil 30, das auch als Endeffektor 32 bezeichnet wird, mit einer Greifeinrichtung 33 versehen. Die Greifeinrichtung 33 umfasst linear zueinander verstellbare, nicht bezeichnete Greifbacken, mit denen der Werkstückträger 15 zuverlässig gegriffen werden kann.
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Ferner ist am Endeffektor 33 rein exemplarisch eine auch als Erfassungseinrichtung bezeichnete Kamera 47 angeordnet, mit der beispielsweise eine Erfassung einer Positionsmarke 18, wie sie beispielsweise an einem außerhalb des Maschinengehäuses 4 angeordneten Werkstücktisch 17 angebracht sein kann, vorgenommen werden kann. Die Aufgabe der Positionsmarke 18 besteht darin, der Manipulatorsteuerung 8 unter Verwendung des von der Kamera 47 ermittelten Kamerabilds eine Ermittlung der räumlichen Lage des rein exemplarisch auf einer Oberseite des Werkstückrundtischs 17 ausgebildeten Übergabeplatzes 6 zu ermöglichen. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Kamera 47 und die damit elektrisch verbundene Manipulatorsteuerung 8 eine Bildverarbeitung dahingehend vornehmen, dass eine Objekterkennung zur Kollisionsvermeidung bei Bewegungen des Manipulators 3 verwirklicht werden kann.
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Rein exemplarisch ist am Endeffektor 33 ein Abstandssensor 26 angeordnet, der für eine Ermittlung eines Abstands gegenüber Gegenständen wie Werkstücken 16 oder Werkstückträgern 15 ausgebildet ist und der elektrisch mit der Manipulatorsteuerung 8 verbunden ist.
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Beispielhaft ist am Endeffektor 33 eine Fluiddüse 28 angeordnet, die in nicht näher dargestellter Weise mit einer Fluidquelle, beispielsweise einer nicht dargestellten Druckluftquelle oder einer nicht dargestellten Kühlschmiermittelquelle, verbunden ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Druckluftquelle oder der Kühlschmiermittelquelle eine nicht dargestellte Ventileinrichtung zugeordnet ist, die elektrisch mit der Manipulatorsteuerung 8 verbunden ist, so dass die Manipulatorsteuerung 8 eine gezielte Bereitstellung eines Fluidstroms durch die Fluiddüse 28 bewirken kann. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Fluiddüse 28 für eine Reinigung des Werkstücks 16 nach der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs mit Druckluft genutzt wird. Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen werden, dass ein Fluidstrom aus der Fluiddüse 28 vor und/oder während der Bearbeitung des Werkstücks 16 bereitgestellt wird.
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Um die Verwendung des Manipulators 3 auch außerhalb des Maschinengehäuses 4 ohne zusätzliche mechanische Schutzeinrichtungen wie Schutzzäune vornehmen zu können ist rein exemplarisch vorgesehen, dass der Manipulator 3 mit einem schlauchförmig ausgebildeten Kontaktsensor 27 ausgerüstet ist, der in nicht näher dargestellter Weise elektrisch mit der Manipulatorsteuerung 8 verbunden ist. Dabei ist der Kontaktsensor 27 derart ausgebildet, dass bei einer Berührung des Kontaktsensor 27 mit einem nicht dargestellten Objekt ein Sensorsignal an die Manipulatorsteuerung 8 bereitgestellt wird, mit dem eine sicherheitsgerichtete Ansteuerung der rein exemplarisch als Gelenke 31 ausgebildeten pneumatischen Antriebseinrichtungen vorgenommen werden kann.
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Die Manipulatorsteuerung 8 umfasst ihrerseits eine elektronische Recheneinheit 34, die beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein kann und die für eine Verarbeitung von Sensorsignalen der Sensoreinrichtungen, die den Gelenken 31 zugeordnet sind, ausgebildet ist. Ferner ist die Recheneinheit 34 dazu vorgesehen, Bewegungsbefehle einer Maschinensteuerung 12, die zur Ansteuerung der Bearbeitungseinheit 2 ausgebildet ist, durchzuführen und damit die Bearbeitung von Werkstücken 16 durch die Bearbeitungseinheit 2 zu unterstützen. Um diese Aufgabe wahrnehmen zu können, ist die Recheneinheit 34 über eine Steuerleitung 36 elektrisch mit der Maschinensteuerung 12 verbunden, wobei über die Steuerleitung 36 wahlweise analoge oder digitale Steuersignale von der Maschinensteuerung 12 an die Manipulatorsteuerung 8 übertragen werden können. Ferner können über die Steuerleitung 36 auch Sensorsignale, Statusmeldungen oder andere Informationen in analoger oder digitaler Form von der Manipulatorsteuerung 8 an die Maschinensteuerung 12 bereitgestellt werden. Die Manipulatorsteuerung 8 umfasst ferner eine Ventilanordnung 35, die von der Recheneinheit 34 mit elektrischen Steuersignalen angesteuert werden kann und zur Bereitstellung von Druckluft an die einzelnen Gelenke 31 bzw. zur Abfuhr von Druckluft von den einzelnen Gelenken 31 ausgebildet ist. Rein exemplarisch ist die Manipulatorsteuerung 8 mit einer Druckluftquelle sehen sowie mit einem Druckluftauslass 11 gekoppelt, womit eine Bereitstellung von Druckluft an die Manipulatorsteuerung 8 bzw. eine Abfuhr von Druckluft von der Manipulatorsteuerung 8 bewirkt werden kann.
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Das Maschinengehäuse 4 weist eine Öffnung 19 auf, durch die ein Austausch von Gegenständen aus dem Arbeitsraum 40 mit einer Umgebung der Bearbeitungseinrichtung 1 ermöglicht wird. Beispielhaft ist die Öffnung 19 für eine Zufuhr und Abfuhr von Werkstücken 16 in den Arbeitsraum 40 bzw. aus dem Arbeitsraum 40. Um die von dem Maschinengehäuse 4 gewünschte Abschottungswirkung verwirklicht zu können, kann das Maschinengehäuse 4 im Bereich der Öffnung 19 mit einer Verschlusseinrichtung 20 versehen sein, die wahlweise für eine manuelle Betätigung oder eine automatisierte Betätigung ausgebildet ist und die rein exemplarisch mehrere in vertikaler Richtung parallel zueinander verschiebbare Lamellen 21, 22 umfasst.
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Hierbei ist vorgesehen, dass die Verschlusseinrichtung 20 die Öffnung 19 während der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs verschließt und zur Durchführung eines Wechselvorgangs für Werkstücke 16 die Öffnung 19 freigibt.
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An einer Oberseite des Maschinengehäuses 4 ist eine auch als Überwachungseinrichtung bezeichnete Kamera 48 angeordnet, die elektrisch mit der Manipulatorsteuerung 8 verbunden ist und die zur Erfassung eines Raumbereichs, der vor dem Maschinengehäuse 4 angeordnet ist, ausgebildet ist. Die Kamera 48 und die Manipulatorsteuerung 8 ermöglichen eine Bildverarbeitung der ermittelten Kamerabilder, womit eine Erkennung von Gegenständen und/oder Bedienpersonen vorgenommen werden kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn ein Wechselvorgang für das Werkstück 16 durchgeführt werden soll, da zu diesem Zweck vorgesehen ist, dass zumindest der Endeffektor 32 des Manipulators 3 aus dem Maschinengehäuse 4 hinaus bewegt wird und hierbei Kollisionen mit Gegenständen und/oder Bedienpersonen vermieden werden sollen.
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Der vor dem Maschinengehäuse 4 angeordnete Werkstücktisch 17 ist lediglich als eine von vielen Möglichkeiten anzusehen, mit denen eine oder mehrere Übergabeplätze bereitgestellt werden können, die für die Zwischenlagerung von Werkstücken 16 vor einer Bearbeitung und/oder nach einer Bearbeitung der Bearbeitungseinrichtung 1 genutzt werden können. Für eine verbesserte Erkennbarkeit in den Darstellungen der 1 und 2 ist die Positionsmarke 18 an einer Seitenfläche des Werkstücktischs 17 angebracht. In der Praxis wird vorzugsweise vorgesehen werden, die Positionsmarke 18 auf den Übergabeplatz 6 aufzubringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN ISO/TS 15066:2017-04 [0012]
- DIN EN ISO 10218 -1:2021 [0012]
