-
Die Erfindung betrifft eine Entnahmevorrichtung zur Entnahme von regellos in einem Werkstückbehälter vorgehaltenen Werkstücken, wobei die Entnahmevorrichtung den Werkstückbehälter, einen Roboter zur Manipulation der Werkstücke sowie eine Bildverarbeitungseinheit aufweist. Hierbei ist zumindest die Position der Werkstücke innerhalb des Werkstückbehälters mittels der Bildverarbeitungseinheit bestimmbar. Ferner ist an den Seitenwänden des Werkstückbehälters innenseitig zumindest eine geneigte Seitenfläche ausgeführt.
-
Für die Zufuhr von Werkstücken zu einer Produktionsstraße respektive in eine Fertigung, welche eine bestimmte Position und/oder Orientierung der Werkstücke voraussetzt, bestehen mehrere Möglichkeiten. Dabei weist jedoch z. B. das Bereitstellen von in Ladungsträgern geordnet vorgehaltenen Werkstücken nachteilig einen überaus hohen Platzbedarf auf und ist aufgrund der vorzunehmenden, notwendigen Ordnung und/oder einer Vorsortierung der Werkstücke sehr zeit- und kostenintensiv.
-
Eine dem geordneten Vorhalten der Werkstücke vorzuziehende Alternative, welche diese Nachteile umgeht, liegt hingegen in einer ungeordneten Lagerung der Werkstücke in Werkstückbehältern und einer direkten, automatisierten Zufuhr der Werkstücke über diese Werkstückbehälter in die Fertigung.
-
Die automatisierte Zufuhr solcher in Werkstückbehältern ungeordnet gelagerter Werkstücke in die Fertigung stellt sich allerdings nach wie vor problematisch dar. Um diese Problematik zu lösen, besteht ein möglicher Ansatz in der Entnahme der ungeordnet in Werkstückbehältern gelagerten Werkstücke, insbesondere verbunden mit einem anschließenden Überführen der Werkstücke in eine definierte Position und Orientierung, durch Roboter, wobei die Werkstücke nach deren Entnahme beispielsweise an einer Übergabestation zur Verwendung in einem Folgeprozess bereitgestellt werden. Dieser Ansatz ist auch als Griff in die Kiste bekannt.
-
Aus logistischer und ökonomischer Sicht ist dabei eine vollständige Entleerung respektive eine Restentleerung der Werkstückbehälter von hoher Bedeutung. Lassen sich Werkstückbehälter nicht restentleeren, bedeutet dies regelmäßig einen manuellen Aufwand zur Leerung der Werkstückbehälter in der Fertigung. Damit mittelbar oder unmittelbar verbunden bedeutet dies zudem einen unbekannten Restteilevorrat sowie eine unbekannte Restfertigungsdauer und/oder mögliche Beschädigungen der Werkstücke aufgrund der Umlagerung beim manuellen Entleeren. Im ungünstigsten Fall erfolgt gar eine Betrachtung dieser Werkstücke als Ausschuss verbunden mit einer Vernichtung dieser aufgrund einer automatischen Zuordnung als Fehlbauteil.
-
Gerade bei einem geringen Füllstand der Werkstückbehälter und der damit verbundenen Entnahme von Werkstücken in Behälterbodennähe können durch die zur Erkennung der Lage und/oder Orientierung der Werkstücke verwendeten Bildverarbeitungssysteme aufgrund des Zusammenspiels mehrerer technologischer Einschränkungen deutliche Unzulänglichkeiten aufweisen. Diese technologischen Einschränkungen liegen z. B. darin, dass die Kinematik des werkstückentnehmenden Roboters je nach Gestaltung des Werkstückbehälters durch eine Kollisionsvermeidung mit dem Werkstückbehälter mechanisch stark eingeschränkt ist.
-
Dies kann dazu führen, dass erkannte, zu entnehmende Werkstücke nicht kollisionsfrei aus den Werkstückbehältern entnommen werden können, was in unerwünschter Weise zu im Werkstückbehälter zurückbleibenden Werkstücken und somit einer ausbleibenden Restentleerung führt.
-
Zur Adressierung dieser Problematik sind aus dem Stand der Technik bereits Lösungsvorschläge bekannt.
-
So gibt die
DE 10 2021 102 128 A1 einen Greifer an, der bei einer einfachen Ausgestaltung dazu geeignet sei, ein besonders schnelles, zuverlässiges und effizientes Entnehmen von Teilen aus einem Werkstückbehälter, auch im Bereich von Ecken und Kanten, beispielsweise am Rand eines Werkstückbehälters, zu ermöglichen. Der dabei an einem Roboter anzuordnende Greifer weist eine Antriebseinheit und einen sich von dieser Antriebseinheit erstreckenden, länglichen Arm auf. Der Arm besteht dabei aus einem gegabelten Armbereich und einem innerhalb der beiden Armzinken dieses Armbereichs ausgeführten, weiteren Armbereich in Ausgestaltung eines Klemmgreifers mit gegenläufig schwenkbaren Greiferfingern, welcher sich am gabelförmigen Armbereich abstützt. Einerseits ist der vorgeschlagene Lösungsansatz dahingehend als nachteilig anzusehen, dass je länger ein Greifer ausgelegt ist, desto höhere Momente müssen über den Roboter aufgenommen und der Greifer selbst müsste deutlich steifer ausgelegt werden, insbesondere je höher die Masse der zu greifenden Werkstücke ist. Andererseits ist es auch mit solchen länglich ausgeführten Greifern nicht möglich, eine Restentleerung eines Werkstückbehälters zu erreichen, insbesondere wenn die notwendige Eintauchtiefe in den Werkstückbehälter höher ist als die Länge des Greifers. Anderenfalls ist es auch bei solch längeren Greifern unabdingbar, dass durch den Roboter eine sehr hohe Anzahl an Freiheitsgraden respektive Achsen, beispielsweise sieben oder acht, bereitgestellt wird, um eine Restentleerung zu erreichen.
-
Das Ermöglichen einer Restentleerung eines Werkstückbehälters durch Bereitstellung eines Roboters mit einer hohen Anzahl an Achsen wird im Allgemeinen z. B. durch die
DE 10 2013 013 114 A1 beschrieben. Ein solcher Lösungsansatz birgt jedoch durch die Ausführung weiterer Achsen einen hohen Kosten- sowie Steuerungs- und/oder Regelungsaufwand.
-
Die eine andere Vorgehensweise offenbarende, gattungsbildende
US 4 412 293 A beschreibt zudem eine Entnahme von zylindrischen Werkstücken aus Werkstückbehältern mit einem an einem Roboter angeordneten Parallelbackengreifer. Die Werkstückbehälter haben dabei einen flachen Bodenbereich in einer Größe, die dem Sichtfeld einer zugehörigen Overhead-Kamera entspricht. Um einen kollisionsfreien Zugang zu allen Werkstücken in jedem Werkstückbehälter zu ermöglichen, sind die Seiten der Werkstückbehälter geneigt. Der durch die Neigung geschaffene Freiraum ist erforderlich, um die Möglichkeit auszuschließen, dass der Parallelbackengreifer mit den Seiten des Behälters kollidiert, wenn mittels des Parallelbackengreifers versucht wird, Werkstücke aufzunehmen, die auf dem Boden des Behälters nahe dem Rand des Sichtfelds ruhen. In nachteiliger Weise sind die verwendeten Werkstückbehälter jedoch sehr flach ausgeführt und zeigen eine Neigung bis zum oberen Rand des Werkstückbehälters, was die Anzahl im Werkstückbehälter vorhaltbarer Werkstücke deutlich begrenzt.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Entnahmevorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine Steigerung einer Entnahmerate von Werkstücken auch bei standardmäßig verwendeten Werkstückbehältern mit höheren Seitenwänden bei zudem niedrigem konstruktiven Aufwand und zudem geringen Kosten erzielt wird.
-
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Entnahmevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
-
Erfindungsgemäß ist also eine Entnahmevorrichtung zur Entnahme von regellos in einem Werkstückbehälter vorgehaltenen Werkstücken vorgesehen, wobei die Entnahmevorrichtung den Werkstückbehälter, einen Roboter zur Manipulation der Werkstücke sowie eine Bildverarbeitungseinheit aufweist. Dabei ist zumindest die Position der Werkstücke innerhalb des Werkstückbehälters mittels der Bildverarbeitungseinheit bestimmbar. Ferner ist an den Seitenwänden des Werkstückbehälters innenseitig zumindest eine geneigte - und folglich nicht senkrecht und/oder parallel zum Boden des Werkstückbehälters verlaufende - Seitenfläche ausgeführt. Erfindungsgemäß ist hierbei zudem vorgesehen, dass die Seitenfläche an einem Umfang eines einen Teil des Bodens des Werkstückbehälters bildenden, präferierten Entnahmebereichs respektive einer Entnahmefläche des Werkstückbehälters und/oder der Entnahmevorrichtung ansetzt. Derart lassen sich die dem Werkstückbehälter zu entnehmenden Werkstücke in vorteilhaft einfacher Weise in einen Bereich des Werkstückbehälters, hier folglich dem Entnahmebereich verbringen, in welchem die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Entnahme am höchsten ist. Somit lässt sich eine Entleerungsrate des Werkstückbehälters deutlich steigern und auf wenigsten 90 % und regelmäßig nahezu 100 % anheben. Die dafür an der Entnahmevorrichtung und im Speziellen an dem Werkstückbehälter vorzunehmenden Änderungen sind insbesondere im Vergleich zu anderen Lösungsansätzen mit geringem konstruktiven Aufwand sowie Kosten verbunden.
-
Der präferierte Entnahmebereich wäre dabei grundsätzlich von den geometrischen Eigenschaften des Werkstückbehälters, wie dessen Grundform, z. B. kreisrund, elliptisch oder rechteckförmig, und dessen Abmessungen, hier insbesondere Breite und Länge sowie gegebenenfalls dessen Höhe, abhängig. Neben den geometrischen Eigenschaften des Werkstückbehälters würde der präferierte Entnahmebereich zudem auch durch die Bildverarbeitungseinheit beeinflusst.
-
Der präferierte Entnahmebereich könnte dabei grundsätzlich auch eine rechteckförmige oder allgemein polygonförmige Ausgestaltung aufweisen. Weitaus bevorzugter sind jedoch Ausgestaltungen, bei denen der präferierte Entnahmebereich durch gekrümmte Linienabschnitte umschlossen wird. So könnte der Entnahmebereich beispielsweise einer Kreisfläche entsprechen.
-
Es ist hierbei jedoch anzumerken, dass die bevorzugte Grundform des Werkstückbehälters einer Rechteckform mit sich unterscheidender Länge und Breite entspricht.
-
So ist in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der präferierte Entnahmebereich eine ovale und/oder elliptische Fläche ausformt. Dies stellt eine weitgehend optimale Ausgestaltung des Entnahmebereichs für einen Werkstückbehälter mit einer rechteckigen Grundform dar, über welche eine sehr hohe Entleerungsrate des Werkstückbehälters erzielbar ist. Dabei wäre die Hauptachse der elliptischen Fläche bevorzugt in Richtung der Längenabmessung und die Nebenachse der elliptischen Fläche in Richtung der im Vergleich zur Längenabmessung kürzeren Breitenabmessung des Werkstückbehälters ausgerichtet.
-
Überaus gewinnbringend stellt sich eine Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Seitenfläche einen Neigungswinkel aufweist, welcher zumindest einem vorbestimmten Minimalneigungswinkel entspricht. Der Neigungswinkel ist demnach stets gleich oder größer als der Minimalneigungswinkel, jedoch kleiner als 90°. So ließe sich der Neigungswinkel der Seitenfläche gewinnbringend an Eigenschaften des Werkstückbehälters und/oder der durch den Werkstückbehälter vorzuhaltenden Werkstücke anpassen und zudem ein möglichst hohes, verbleibendes Volumen des Innenraums des Werkstückbehälters verwirklichen; dies insbesondere, wenn der Neigungswinkel im Wesentlichen lediglich dem Minimalneigungswinkel entspricht.
-
In einer zudem Erfolg versprechenden Ausführungsform der Erfindung ist der Minimalneigungswinkel - zumindest - durch einen Reibungskoeffizienten bestimmt, welcher sich aus einem Werkstoff eines die Seitenfläche umfassenden Bauelements und einem Werkstoff der im Werkstückbehälter vorzuhaltenden Werkstücke ergibt. So kann sichergestellt werden, dass sich die im Werkstückbehälter vorgehaltenen Werkstücke stets entlang der geneigten Seitenfläche bewegen, sodass verhindert wird, dass die Werkstücke aufgrund der Reibung des Werkstücks an der Seitenfläche anhaften. Derart gelangen die Werkstücke stets in den präferierten Entnahmebereich des Werkstückbehälters. Der Minimalneigungswinkel könnte sich dabei bevorzugt - und ausschließlich - aus dem Arkustangens des Reibungskoeffizienten ergeben.
-
Insbesondere im vorstehenden Zusammenhang, jedoch ebenso im Allgemeinen, stellt sich eine Weiterbildung der Erfindung als gewinnbringend dar, wenn sich der Minimalneigungswinkel im Speziellen aus dem Arkustangens des Reibungskoeffizienten, welcher durch den Werkstoff des die Seitenfläche umfassenden Bauelements und dem Werkstoff der im Werkstückbehälter vorzuhaltenden Werkstücke bestimmt ist, multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor von Zwei ergibt. Derart kann überaus vorteilhaft sichergestellt werden, dass sich die Bauelemente definitiv entlang der Seitenfläche bewegen und ein Einfluss in der Seitenfläche eventuell vorhandener Störungen minimiert oder gar verhindert wird.
-
So ist in einer weiteren Ausbildung der Erfindung in Erfolg versprechender Weise angedacht, dass der Minimalneigungswinkel in einem Bereich von 15° bis 25° liegt, hierbei bevorzugt 21,8°beträgt. Ein solcher Neigungswinkel würde sich insbesondere für eine Kombination verschiedener Stahlsorten eignen, aus welchen das die Seitenfläche umfassende Bauelement und die Werkstücke bestehen können.
-
Es ist ferner kurz anzumerken, dass der Neigungswinkel, von welchem ausgegangen wird, der Winkel ist, welcher von der dem Innenraum zugewandten Seitenfläche und einer die Seitenfläche schneidenden und parallel zum Boden des Werkstückbehälters verlaufenden Ebene, z. B. einer Horizontalebene, eingeschlossen wird. Derselbe Winkel wird entsprechend ebenfalls durch den Boden und der dem Innenraum des Werkstückbehälters abgewandten Seitenfläche eingeschlossen.
-
Ferner zeigt sich eine gestalterisch günstige Ausführungsform der Erfindung auch darin, dass die Seitenfläche wenigstens drei Abschnitte aufweist, wobei sich die Abschnitte in ihrem Neigungswinkel unterscheiden. Die Abschnitte wären hierbei zwischen einem insbesondere umlaufenden Ansatzbereich der Seitenfläche an den Seitenwänden und dem insbesondere umlaufenden Ansatzbereich der Seitenfläche am Boden des Werkstückbehälters gerichtet ausgeführt. Somit würden diese entsprechende, umlaufende Bänder innerhalb der Seitenfläche ausbilden. Dabei lassen sich über die Abschnitte beispielsweise sich unterscheidende Neigungswinkel realisieren, über die ein verbessertes Verbringen der Werkstücke in den präferierten Entnahmebereich realisierbar ist.
-
In einer darüber hinausgehenden, vielversprechenden Gestaltungsform der Erfindung ist zudem angedacht, dass die an einen senkrecht zum Boden verlaufenden Teil der Seitenwände sowie den Boden angrenzenden Abschnitte der Seitenfläche einen, insbesondere tangentialen, Übergang zu dem Teil der Seitenfläche und dem Boden ausbilden. So lassen sich harte Übergänge zwischen der geneigten Seitenfläche, hier beispielsweise an den Ansatzbereichen der Seitenfläche an den Seitenwänden und dem Boden des Werkstückbehälters und somit ein Festsetzen der Werkstücke vermeiden.
-
Es ist hierbei grundsätzlich möglich, dass die Abschnitte der Seitenfläche oder aber auch die Seitenfläche als solche einen variablen Neigungswinkel aufweisen bzw. aufweist. Dieser würde dazu führen, dass die Abschnitte und/oder die Seitenfläche nicht geradlinig oder abschnittsweise geradlinig, sondern gekrümmt verlaufen und so z. B. einem Bogenabschnitt folgen. Der Neigungswinkel würde dabei über an den Abschnitten und/oder der Seitenfläche anliegende Tangenten bestimmt.
-
In mit Vorteil behafteter Weise entspricht dabei in einer Ausgestaltung der Erfindung jeder der Neigungswinkel der Abschnitte zumindest dem Minimalneigungswinkel. In jedem Fall, d. h. also unabhängig von einem geradlinigen oder gekrümmten Verlauf der Abschnitte, kann somit sichergestellt werden, dass sich die Werkstücke entlang der Seitenwand respektive den Abschnitten der Seitenwand bewegen.
-
Grundsätzlich könnte darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Seitenfläche als - stoffschlüssiger und somit nicht zerstörungsfrei lösbarer - Teil des Werkstückbehälters und/oder eines Bauteils des Werkstückbehälters wie der Seitenwand selbst ausgeformt ist.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist hingegen jedoch ein oder das die Seitenfläche umfassende Bauelement als eine Einlage ausgebildet und kraft- und/oder formschlüssig sowie lösbar - am und/oder - im Werkstückbehälter angeordnet. Die Ausführung der Seitenfläche als Teil der Einlage würde in vorteilhafter Art und Weise die Wartung der Werkstückbehälter deutlich vereinfachen und zudem deren Kosten minimieren, da bei einem hohen Abnutzungsgrad der insbesondere am Boden und/oder den Seitenwänden des Werkstückbehälters angeordneten Einlage lediglich die Einlage ausgetauscht werden müsste. Zudem lassen sich auch bereits in der Produktion vorhandene standardmäßig verwendete Werkstückbehälter mit einer solchen Einlage ausstatten und somit die Entnahmerate aus diesen Werkstückbehältern erhöhen.
-
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
-
Die Zeichnungen zeigen in
- 1 eine Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Entnahmevorrichtung;
- 2 eine Weiterbildung einer Einlage.
-
Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Entnahmevorrichtung 1 zur Entnahme der regellos in dem Werkstückbehälter 2 vorgehaltenen Werkstücke 3.
-
Die Entnahmevorrichtung 1 weist dabei den bereits erwähnten Werkstückbehälter 2, den Roboter 4 zur Manipulation der Werkstücke 3 sowie die Bildverarbeitungseinheit 5 auf. Über diese Bildverarbeitungseinheit 5 ist die Position sowie die Orientierung der Werkstücke 3 innerhalb des Werkstückbehälters 2 bestimmbar.
-
Ferner ist der 1 zu entnehmen, dass an den Seitenwänden 6 des Werkstückbehälters 2 innenseitig die ein Teil der Einlage 12 bildende, geneigte Seitenfläche 7 ausgeführt ist. Die Einlage 12 selbst ist dabei formschlüssig sowie lösbar am Boden 9 sowie den Seitenwänden 6 des Werkstückbehälters 2 angeordnet.
-
Die Seitenfläche 7 setzt hierbei am Umfang 8 des einen Teil des Bodens 9 des Werkstückbehälters 2 bildenden, präferierten Entnahmebereichs 10 des Werkstückbehälters 2 an. Dies ist in der 2 nochmals näher dargestellt. Die Seitenfläche 7 weist dabei zudem den Neigungswinkel 11 auf, welcher größer als ein vorbestimmter Minimalneigungswinkel, jedoch kleiner als 90° ist.
-
Der Minimalneigungswinkel ergibt sich aus dem Arkustangens des Reibungskoeffizienten, welcher durch den Werkstoff der die Seitenfläche 7 umfassenden Einlage 12 und dem Werkstoff der im Werkstückbehälter 2 vorgehaltenen Werkstücke 3 bestimmt ist, multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor von Zwei. So kann sichergestellt werden, dass sich die Werkstücke 3, wie in der 1 dargelegt, entlang der Seitenfläche 7 stets in den präferierten Entnahmebereich 10 bewegen.
-
Der Neigungswinkel 11 ist, wie ebenfalls der 1 zu entnehmen ist, der Winkel, welcher von der dem Innenraum 13 zugewandten Seitenfläche 7 und der, hier beispielhaft die Seitenfläche 7 schneidenden und parallel zum Boden 9 des Werkstückbehälters 2 verlaufenden, Horizontalebene 14 eingeschlossen wird. Derselbe den Neigungswinkel 11 bildende Winkel wird entsprechend ebenfalls durch den Boden 9 und der dem Innenraum 13 des Werkstückbehälters 2 abgewandten Seitenfläche 7 eingeschlossen.
-
Aus der 2 geht zudem eine Weiterbildung einer Einlage 12 hervor, welche die Seitenfläche 7 umfasst. Der 2 ist hierbei nochmals im Detail zu entnehmen, dass die Seitenfläche 7 am Umfang 8 des einen Teil des Bodens 9 des in der 1 dargestellten Werkstückbehälters 2 bildenden, präferierten Entnahmebereichs 10 des Werkstückbehälters 2 ansetzt. Der präferierte Entnahmebereich 10 formt dabei in dieser Weiterbildung der Einlage 12 eine elliptische Fläche aus. Dies führt dazu, dass die Einlage 12 im umlaufenden Ansatzbereich 15 der Einlage 12 mit dem Werkstückbehälter 2 umlaufend aufeinanderfolgende Berge 16 und Täler 17 aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Entnahmevorrichtung
- 2
- Werkstückbehälter
- 3
- Werkstück
- 4
- Roboter
- 5
- Bildverarbeitungseinheit
- 6
- Seitenwand
- 7
- Seitenfläche
- 8
- Umfang
- 9
- Boden
- 10
- präferierter Entnahmebereich
- 11
- Neigungswinkel
- 12
- Einlage
- 13
- Innenraum
- 14
- Horizontalebene
- 15
- Ansatzbereich
- 16
- Berg
- 17
- Tal
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102021102128 A1 [0009]
- DE 102013013114 A1 [0010]
- US 4412293 A [0011]
