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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Durchführen
einer Arbeitsoperation an einem auf einer Fördereinrichtung kontinuierlich voranbewegten
Werkstück
durch einen mit dem Werkstück
mitbewegten Industrieroboter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1
(Verfahren) bzw. von Anspruch 7 (Vorrichtung), wie beides beispielsweise aus
der
US-PS 3 283 918 als
bekannt hervorgeht.
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Bei der Serienfertigung von Gütern hat
das kontinuierliche Voranbewegen der Werkstücke neben der Vermeidung immer
wiederkehrender Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen des Werkstücks den
ganz besonderen Vorteil, dass die Arbeitsstationen nicht an eine
einheitliche Länge
bzw. einen einheitlichen, starren Stationenabstand gebunden sind
und dass ein Wechsel zwischen kontinuierlicher und getakteter Fertigung
entfallen kann. Letzteres machte immer wieder platzaufwändige Pufferzonen
und/oder kostspielige Werkstückspeicher
in den Fertigungshallen erforderlich. Vielmehr können die Arbeitsstationen flexibel
dem kontinuierlichen Werkstückfluss
zugeordnet werden.
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Beim automatisierten Lackieren von
Werkstücken,
z.B. beim Innenlackieren von Fahrzeugkarosserien mittels Lackierroboter,
ist es bekannt (vgl. z.B. die
EP 220 687 B1 ), die Werkstücke kontinuierlich
auf einer Fördereinrichtung
voranzubewegen und die Lackierroboter während des Lackierens synchron
mit dem entsprechenden Werkstück
mitzubewegen. Beim Innenlackieren von Fahrzeugkarosserien können die
Türen oder
Klappen der Karosserie während
des Karosserielaufes durch ebenfalls synchron mitfahrende, einfache Öffnungs-
und Schließvorrichtungen
geöffnet
und wieder geschlossen werden.
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Zwar hat man schon lange angestrebt,
diese automatisierte, bandsynchrone Arbeitsweise auch auf Montage-
oder andere Arbeitsoperationen als das Lackieren auszudehnen, um
auch dort die Vorteile einer taktfreien Arbeitsweise und einer flexiblen Stationenaufteilung
erzielen zu können.
Dieses Bemühen
scheiterte aber stets daran, dass die für Montagevorgänge, mechanische
Bearbeitungsvorgänge, Schweißoperationen
oder dgl. am Werkstück
erforderliche Lagekonstanz zwischen Werkstück einerseits und Industrieroboter
andererseits nicht in hinreichendem Maß erreicht werden konnte. Lediglich
Lackiervorgänge
lassen eine gewisse gegenseitige Lagetoleranz zu, die mit herkömmlichen
Systemen der angesprochenen Art erreichbar war.
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Die eingangs genannte
US-PS 3 283 918 zeigt einen
mehrachsigen, programmierbaren Industrieroboter, der parallel zu
einem Förderband
einer Montage- oder Bearbeitungslinie mittels Spurkranzrädern auf
Führungsschienen
in Längsrichtung
beweglich und gezielt antreibbar ist. Am Ende seines Arbeitsarmes
trägt der
Industrieroboter ein zur Durchführung
einer Arbeitsoperation ausgebildetes Roboterwerkzeug. Es ist angestrebt,
den Industrieroboter während
der Durchführung
der programmierten Arbeit bandsynchron dem Montageband nachzuführen, so
dass während
der Bewegung und der Durchführung
der Arbeitsoperation eine möglichst
konstante Relativlage zwischen Industrieroboter und Werkstück beibehalten
wird. Am Ende der Bearbeitung wird der Industrieroboter im Eilgang
an die Ausgangsposition zurückgeführt, damit
er beim nächstfolgenden
Werkstück
die gleiche Bearbeitung bandsynchron durchführen kann. Um einen Gleichlauf zwischen
Industrieroboter und Werkstück
herbei zu führen,
ist bei einem in der
US-PS
3 283 918 gezeigten Ausführungsbeispiel an jedem auf
dem Förderband
bewegten Werkstück
selber oder an einem starr mit dem Werkstück verbundenen Werkstückträger jeweils
ein seitlich abragender Mitnahmezapfen angeordnet, an den der Industrieroboter
angekoppelt wird. Damit der Industrieroboter nicht durch das Förderband
mitgeschleppt zu werden braucht, wird der Industrieroboter bei einem
anderen dort gezeigten Ausführungsbeispiel
während
des Synchronlaufes durch einen Eigenantrieb des Industrieroboters
bewegt.
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Nachteilig an der aus der
US-PS 3 283 918 bekannten
Vorrichtung zur bandsynchronen Montage ist, dass trotz des durch
die mechanische Koppelung zwischen Industrieroboter und Werkstück erzwungenen
beiderseitigen Gleichlaufs immer noch Relativbewegungen zwischen
ihnen vorkommen, die eine exakte Arbeitsoperation verhindern. Wie
nämlich
herausgefunden wurde, sind für
diese überraschenden Relativbewegungen
die Führungsungenauigkeiten des
Förderbandes
für das
Werkstück
einerseits und Ungenauigkeiten der Führungsschienen für den Industrieroboter
andererseits verantwortlich. Diese Ungenauigkeiten summieren sich
zu relativen Bewegungsausschlägen,
welche die für
einen mechanisierten Füge-,
Bearbeitungs- oder Schweißvorgang erforderliche
Lagetoleranz überschreiten.
Deshalb ist selbst ein durch eine formschlüssige Koppelung zwischen Industrieroboter
und Werkstück
herbeigeführter
Synchronlauf nicht zur Durchführung
genauer Arbeitsoperationen durch einen mitbewegten Industrieroboter
geeignet.
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Die
DE 35 16 284 A1 zeigt eine Vorrichtung zur
automatisierten, bandsynchronen Montage von Türen an Fahrzeugkarossen, die
auf einer Fördereinrichtung,
nämlich
auf geschleppten, durch Schienen geführten und auf Rollen fahrbaren
Karosserieträgern
kontinuierlich befördert
werden. Die oberhalb der Fördereinrichtung
für die
Karossen in einem Hängeförderer der
Montagestation zugeführten
Türen werden
gleichzeitig auf beiden gegenüberliegenden Karosserieseiten
montiert, wofür
für jede
Fahrzeugseite gegenüberliegend
jeweils ein Montageroboter vorgesehen ist. Jeder der Roboter ist
auf parallel zur Fördereinrichtung
beweglichen Plattformen angeordnet, die mittels Schlitten auf ortsfesten
Führungsprofilen
geführt
und durch einen Antrieb gezielt verfahrbar sind. Außer dem
Roboter und dem Antrieb ist auch noch jeweils eine Anschraubvorrichtung
auf den beweglichen Plattformen vorgesehen. Um bei der bekannten
Montagevorrichtung nicht nur einen exakten Synchronlauf zwischen
den beiden gegenüberliegenden
Robotern und der kontinuierlich beförderten Karosse, sondern auch
eine definierte und stets gleichbleibende Relativposition zwischen
beiden gewährleistet
zu können,
ist an jeder der beiden die Roboter tragenden Plattformen an der
dem Förderband
zugekehrten Längsseite
jeweils eine Hub- und Zentriervorrichtung vorgesehen, mit denen
die Karosse im Schwellerbereich rechts und links gleichzeitig erfasst,
vom Karosserieträger
abgehoben und in Längs-
und/oder Querrichtung zentriert werden kann.
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Zu Beginn eines Arbeitsspiels der
aus der
DE 35 16 284
A1 bekannten Montagevorrichtung werden zunächst die
beiden Türen
von den Robotern im Stillstand aus dem Hängeförderer übernommen. Anschließend werden
die gegenüberliegenden
Plattformen zeitgleich nach einem bestimmten Regelalgorithmus auf
Bandgeschwindigkeit beschleunigt. Bei Geschwindigkeitsgleichheit
und richtiger Relativlage in Längsrichtung
zwischen Plattform und Karosse wird diese während des Laufes angehoben,
zentriert und fixiert. Danach kann der Montagevorgang bei kontinuierlichem,
bandsynchronem Weiterlauf der Plattform durchgeführt werden. Nach Beendigung der
Montage wird die Karosse während
des Laufes auf den Karosserieträger
abgesenkt, wodurch die Koppelung zwischen Robotern und Karosse gelöst ist.
Die Plattform kehrt anschließend
im Eilgang zu ihrer Ausgangsposition zurück und ist bereit für ein neues
Arbeitsspiel.
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Zwar kann sich bei der aus der
DE 35 16 284 A1 bekannten
Montagevorrichtung eine Führungsungenauigkeit
der die fahrbaren Karosserieträger
führenden
Schienen nicht auf eine Relativbewegung zwischen Karosse und Montageroboter
auswirken. Dafür
sind es jedoch gewisse, unvermeidbare Führungsungenauigkeiten der gegenüberliegenden,
die beiden Plattformen tragenden und führenden Führungsschienen der Montageroboter,
die zu Relativbewegungen zwischen Karosse und den Montagerobotern
führen.
Allenfalls in einem mehr theoretisch anzusehenden Fall, in welchem
die Führungsschienen für die Plattformen
der Montageroboter mit einer nur für Werkzeugmaschinen üblichen
Genauigkeit exakt geradlinig sowie dies- und jenseits der Fördereinrichtung
für die
Karossen mit Werkzeugmaschinen-Genauigkeit in Höhen- und Breitenrichtung exakt
parallel zueinander angeordnet sind, könnten derartige Relativbewegungen
zwischen Karosse und den gegenüberliegenden
Montagerobotern auf ein vernachlässigbares
Maß reduziert
werden. Um eine so hohe Genauigkeit der beiden gegenüberliegenden
Plattformführungen
erreichen zu können,
müssten
beide Führungen
an einem einheitlichen, aus Stahl bestehenden Führungsbett angebracht sein.
Wenn man Bedenkt, dass die beiden gegenüberliegenden Führungen
einen Abstand über
alles von etwa 3,50 m haben und sich eine Arbeitsstation in Längsrichtung
einschließlich
Beschleunigungsstrecke über
mindestens zwei Fahrzeuglängen,
also etwa 10 bis 12 m erstreckt, so würde die Forderung nach einem
einheitlichen, biegesteifen Stahlwerkstück für die Plattformführungen
auf ein exakt bearbeitetes Maschinenbett von einer Grundrissabmessung
von 3,50 m × 10
m und einer für
die Biegesteifigkeit verantwortlichen Höhenabmessung von mindestens
etwa 0,5 m hinauslaufen. Ein so großes, mit Werkzeugmaschinengenauigkeit
exakt bearbeitetes Maschinenbett wäre für den vorliegenden Anwendungsfall
unvertretbar kostspielig. Außerdem
würde die
Höhenabmessung des
Maschinenbettes eine entsprechend angehobene Anordnung der Fördereinrichtung
für die
Karossen erforderlich machen, was mit Rücksicht auf ein einheitliches
Förderniveau
für die
Karossen innerhalb der gesamten Fabrik sehr störend wäre. Eine Führung der gegenüberliegenden
Roboterplattformen auf einem mit Werkzeugmaschinen genauigkeit exakt
bearbeiteten Maschinenbett ist deshalb in der Tat eine nur theoretische
Erwägung.
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Konsequenter Weise sind die in der
DE 35 16 284 A1 gezeigten
vier Führungsschienen
für die gegenüberliegenden
Roboterplattformen wie üblich einzeln
auf dem Hallenboden verlegt, wobei allerdings eine gewisse, nicht
zu vermeidende Ungenauigkeit bezüglich
exakter Geradheit und Parallelität der
Führungsschienen
in Kauf genommen wird. Abgesehen von dadurch bewirkten Relativbewegungen zwischen
Montageroboter und Karosserie kann außerdem ein gewisser Zwang in
Horizontalrichtung auf die beiderseits fest in den gegenüberliegenden
Plattformen eingespannte Karosserie ausgeübt werden, was selbstverständlich sehr
schädlich
für letztere
ist. Im übrigen
setzt die bekannte Montagetechnik zum einen voraus, dass auf gegenüberliegenden
Fahrzeugseiten simultan Arbeitsoperationen von gleichem Zeitbedarf
vorgenommen werden, was in der Regel nur für die Montage von Gleichteilen
bzw. symmetrischen Teile wie Türen,
Fahrzeugsitze oder Fahrzeugräder
zutrifft. Eine weitere, einschränkende Voraussetzung
der bekannten Montagetechnik besteht in der zum Voranbewegen der
Karossen einsetzbaren Fördertechnik,
die ein freies Abheben der Karosserien von einem Karosserieträger erlaubt. Häufig werden
jedoch für
den Karosserietransport innerhalb der Fabrik Fördergehänge eingesetzt, in denen die
Karosserien starr aufgenommen sind. Bei Verwendung solcher Fördergehänge könnte die
bekannte Montagetechnik nicht eingesetzt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das
gattungsgemäß zugrunde
gelegte Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung dahingehend
zu verbessern, dass trotz etwaiger Führungsungenauigkeiten der Führungsschienen
für den
verfahrbaren Industrieroboter Relativbewegungen während der
Arbeitsphase zwischen Werkstück
und Industrieroboter gleichwohl vermieden werden können und
dass im übrigen
jedes beliebige Fördersystem
zur Beförderung
der Werkstücke
innerhalb der Fertigung uneingeschränkt zugelassen werden kann.
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Ausgehend von den jeweils zugrundegelegten
Gattungen wird die o.g. Aufgabe bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und bezüglich einer
entsprechenden Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale von
Anspruch 7 gelöst.
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Danach wird das Basisteil des Industrieroboters
während
der Arbeitsphase einerseits bezüglich aller
sechs Freiheitsgrade starr mit dem Werkstück gekoppelt sowie andererseits
von der Längsführung abgehoben
und gewichtsausgeglichen innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums
bezüglich
aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung schwimmend gehaltert, so
dass das Basisteil des Industrieroboters den Bewegungen des Werkstückes in
allen Richtungen zwanglos zu folgen vermag und eine exakt konstante
Relativlage zwischen Industrieroboter und Werkstück während der Arbeitsphase aufrecht
erhalten bleibt. Der Industrieroboter "fliegt" gewissermaßen während der Arbeitsphase über seine
Längsführung hinweg
und fährt "huckepack" mit dem Werkstück mit.
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Abgesehen von der höheren Arbeitsgenauigkeit
während
der Arbeitsphase des Industrieroboters bestehen die erfindungsgemäß erzielbaren
Vorteile in folgendem:
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- – Es
werden nur sehr geringe Genauigkeitsanforderungen an die Führungsschienen
zur Längsführung des
Industrieroboters gestellt, was sowohl die Beschaffungs- als auch
die Installationskosten des Industrieroboter günstig beeinflusst.
- – Trotzdem
kann eine hohe Lagekonstanz zwischen Werkstück und Industrieroboter während der
Arbeitsphase gewährleistet
werden.
- – Dadurch
können
alle möglichen
Arbeitsoperationen an Werkstücken
für eine
bandsynchrone Roboterbearbeitung zugelassen werden.
- – Für die erfindungsgemäße, objektgekoppelte Roboterbearbeitung
können
alle möglichen
Fördersysteme
zum Weitertransport der Werkstücke durch
die Fertigung zugelassen werden, und zwar wahlweise bodengestützte Fördersysteme
oder Hänge förderer,
mit lose aufliegenden oder mechanisch an ein Fördergefäß gekoppelten Werkstücken.
- – Die
erfindungsgemäße, objektgekoppelte
Roboterbearbeitung kann ohne weiteres auch in bestehende Fertigungsanlagen
nachgerüstet
werden.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
können
den Unteransprüchen
entnommen werden; im übrigen
ist die Erfindung anhand verschiedener in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
nachfolgend noch erläutert;
dabei zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Arbeitsstation bestehend aus einer als Rollenförderbahn
ausgebildeten Fördereinrichtung
zur kontinuierlichen Beförderung
von Fahrzeugkarosserien sowie aus einem neben der Förderlinie
beweglichen, mit der Karosserie starr gekoppelten und synchron mit
ihr mitfahrenden Industrieroboter zur Durchführung einer Arbeitsoperation,
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2 eine
Ansicht auf die Arbeitsstation nach 1 entgegen
der Förderrichtung,
d.h. gemäß der Schnittlinie
II-II in 1, wobei das
Basisteil des Industrieroboters lösbar aber gewichtsausgeglichen mit
einem den Industrieroboter tragenden Fahrschemel verbunden ist und
wobei der Industrieroboter zur Verhinderung relativer Wankbewegungen
zwischen Roboter und Fahrzeugkarosserie an diese mittels einer oben
an deren Mittelsäule
angreifenden Zange gekoppelt ist,
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3 ein
gegenüber 2 modifiziertes Ausführungsbeispiel
des Industrieroboters, bei dem dieser zur Verhinderung relativer
Wankbewegungen an die Fahrzeugkarosserie mittels eines am Dach angreifenden
Sauggreifers gekoppelt ist,
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4 ein
weiteres, gegenüber 2 modifiziertes Ausführungsbeispiel
des Industrieroboters, bei dem dieser zur Verhinderung relativer
Wankbewegungen an die Fahrzeugkarosserie mittels zweier durch die
beiden gegenüber
liegenden Adapterschienen hindurch geschobener, biegesteifer Koppelschwerte
gekoppelt ist,
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5 eine
vierte Variante des Industrieroboters, bei dem dieser zur Verhinderung
relativer Wankbewegungen an die Fahrzeugkarosserie mittels eines
am Dach angreifenden Sauggreifers gekoppelt ist, wobei dieser jedoch über einen
weit ausladenden Ausleger starr mit dem Basisteil des Industrieroboters
verbunden ist,
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6 eine
fünfte
Variante des Industrieroboters, bei dem zur Verhinderung relativer
Wankbewegungen – ähnlich wie
beim Ausführungsbeispiel
nach 4 – eine biegesteife
Verbindung zwischen Industrieroboter und einem sich über die
gesamte Karosseriebreite erstreckenden, starren Adaptergestell hergestellt
wird, das eine gewisse Bauhöhe
aufweist; im übrigen
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
als Fördereinrichtung
für die
Karosserien eine Hängefördereinrichtung
mit C-förmigen
Fördergehängen vorgesehen,
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7 das
C-förmige
Fördergehänge nach 6 mit darin aufgenommener
Karosserie in Seitenansicht
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8 eine
vergrößerte Einzelheit
im Bereich der schwimmenden und gewichtsausgeglichenen Halterung
des Basisteils des Industrieroboters nach einer der 1 bis 6 auf
der Oberseite des Fahrschemels mittels eines Luftfederbalges und
eines dynamischen, unten offenen Luftkissens,
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9 in
einer Vergrößerung die
starre aber lösbare
Fixierung des Basisteils des Industrieroboters nach 8 auf der Oberseite des Fahrschemels mittels
Fixierbolzen, wobei das Basisteil im gelösten Zustand räumlich allseits
aber begrenzt gegenüber dem
Fahrschemel beweglich ist,
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10 ein
Detail eines der Roboter nach den 1 bis 3, 5 und 6,
welches die Fixierung der unteren, an der Adapterschiene angreifenden,
teleskopartig ausfahrbaren Koppelstange betrifft,
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11 eine
Ansicht ähnlich
wie die nach 2 auf eine
andere Ausführung
der Arbeitsstation, bei dem das Basisteil des Industrieroboters
selber einen Fahrschemel bildet und dieser durch einen sich am Hallenboden über ein
dynamisches Luftkissen abstützenden
Luftfederbalg gewichtsausgeglichen von den Führungsschienen abhebbar und
starr an die Karosserie ankoppelbar ist, und
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12 und 13 je eine Schnittansicht
parallel zur Förderrichtung
(12) bzw. quer zu ihr
(13) auf bzw. durch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Industrieroboters, der über
ein dynamisches Luftkissen und einen Luftfederbalg gewichtsausgeglichen
am Hallenboden abgestützt
ist, wobei der Roboter während
der Beschleunigungsphase oder des Eilrücklaufes durch einen rahmenartigen,
den Roboter umgebenden, schienengeführten und antreibbaren Fahrschemel
geführt
ist.
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Die in drei grundlegenden Varianten,
nämlich in
den 1 bis 6 mit verschiedenen Unterarten
zum einen, 11 zum anderen
und schließlich
in den 12 und 13 gezeigte Erfindung betrifft
ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum bewegungssynchronen Durchführen einer
bestimmten Arbeitsoperation an einem auf einer Fördereinrichtung, beispielsweise einer
Rollenförderbahn 1 kontinuierlich
voranbewegten Werkstück,
z.B. eine Fahrzeugkarosserie 3 durch einen mit dem Werkstück mitbewegten
Industrieroboter 10, 10' bzw. 10''.
Nachfolgend sollen zunächst
die Gemeinsamkeiten dieser grundlegenden Varianten geschildert werden.
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Die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen
als Werkstück
gezeigte Fahrzeugkarosserie 3 ist an ihren beiden Seitenschwellern
unterseitig starr mit jeweils einer Adapterschiene 5 bzw.
mit einem Adaptergestell 5' verbunden.
Die beiden in sich steifen und genau gefertigten Adapterschienen
und auch das Adaptergestell sind über besondere, jeweils eine
Steckhülse
enthaltende Karosserie-Knotenpunkte von hoher lokaler Festigkeit
und überwachter
Fertigungsgenauigkeit mit der Karosserie verbunden und weisen dadurch
nicht nur eine genau definierte Relativlage zur Karosserie auf,
sondern die Verbindung hält
auch gewissen Belastungen stand, ohne in unzumutbarer Weise nachzugeben.
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Bei den in den 1 bis 5, 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispielen mit einer
als Rollenförderbahn 1 ausgebildeten
Fördereinrichtung
ruht die Karosserie 3 mit den Adapterschienen 5 lose,
aber durch Anschläge
formschlüssig
in ihrer Horizontallage gesichert, auf einem Karosserieträger 4,
der sich über
die gesamte Länge
und Breite der Karosserie erstreckt und der unterseitig eben ist
oder zumindest beiderseits jeweils eine geradlinige Kufe aufweist. Dadurch
kann der Karosserieträger
auf den zum Teil angetriebenen Tragrollen 2 der Rollenförderbahn 1 aufliegen,
die ihn kontinuierlich in Förderrichtung 6 voranbewegen.
Alle angetriebenen Tragrollen der Rollenförderbahn innerhalb der gesamten
Fertigungslinie sind mit der gleichen, genau justierbaren Umfangsgeschwindigkeit
angetrieben, so dass alle Karosserien mit der gleichen Geschwindigkeit
voranbewegt werden. Bei Veränderung
dieser Fördergeschwindigkeit
werden sämtliche
angetriebenen Tragrollen der Rollenförderbahn innerhalb der gesamten Fertigungslinie
synchron in ihrer Umfangsgeschwindigkeit verändert. Im Falle eines Not-Haltes
werden alle angetriebenen Tragrollen nach einer relativ steilen
für alle
Tragrollen gleichen Geschwingigkeitsrampe auf Null herunter gefahren,
damit es massebedingt nicht zu einem unkontrollierten Verrutschen
der Karosserien auf der Rollenförderbahn
kommt. Die beim Not-Halt der Rollenförderbahn realisierten Verzögerungswerte
sind so zu bemessen, dass sie von den fahrbaren Industrierobotern
der Fertigungslinie ohne weiteres regelungstechnisch nachgefahren werden
können.
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Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
einer Fördereinrichtung
ist eine Hängeförderbahn 1' vorgesehen,
bei der die Karosserieträger
als in Seitenansicht (7)
C-förmige Fördergehänge 4' ausgebildet
sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
sind letztere zur pendelsicheren Führung in einem Paar von Führungsprofilen, z.B.
Doppel-T-Trägern,
die im Überkopfbereich
parallel verlaufend im Abstand der Karosseriebreite verlegt sind, über gehängeseitig
angebrachte Tragrollen getragen und geführt, wobei beiderseits des
Fördergehänges jeweils
zwei Tragrollen vorgesehen sind. Bei der gezeigten Hängeförderbahn
sind die Fördergehänge passiv,
d.h. ohne Eigenantrieb ausgebildet. Zum einheitlichen Voranbewegen
aller Fördergehänge einer
Fertigungslinie ist gemäß 6 und 7 zwischen den beiden Führungsprofilen
im Überkopfbereich
ein Schleppkettenförderer 54 angeordnet.
Eine mit Fördergeschwindigkeit
angetriebene Schleppkette ist in einem unterseitig schlitzförmig offenen
Hohlprofil mittels mehrerer Führungsglieder
geführt,
wobei von einigen dieser Führungsglieder
ein Mitnahmebolzen unterseitig aus dem Längsschlitz herausragt. Dieser
kann in ein oberseitig an jedem der Fördergehänge vorgesehen Mitnehmer 55 eingreifen,
so dass dadurch das Fördergehänge in Vorwärts- wie
in Rückwärtsrichtung
unnachgiebig an die Schleppkette angekoppelt ist. Anstelle eines
Paares einzelner Adapterschienen ist beim Ausführungsbeispiel nach den 6 und 7 ein in sich steifes Adaptergestell 5' im Schwellerbereich
der Karosserie befestigt, worauf weiter unten noch einmal eingegangen
werden soll.
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Die Industrieroboter 10, 10' bzw. 10'' weisen einen Roboterarm 11 auf,
an dessen Handgelenk ein an die durchzuführende Arbeitsoperation angepasstes
Roboterwerkzeug 12 angebracht ist. In dem bei den Ausführungsbeispielen
unterstellen Einsatzfall sollen Zubauteile 9 in die Karosserie
eingebaut werden. Diese Zubauteile sind lagedefiniert und für den Roboter
entnahmegerecht auf einem Bereitstellungstisch 8 bereitgestellt,
der beim dargestellten Ausführungsbeispiel
in der Nähe
der Warteposition W angeordnet ist.
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Die Industrieroboter 10, 10' bzw. 10'' sind innerhalb der jeweiligen
Arbeitsstation parallel neben der Fördereinrichtung für das Werkstück auf einer
gesonderten Längsführung, im
Beispiel zwei Führungsschienen 17 bzw. 17', zwischen der
Warteposition W und der Endposition E hin und her verfahrbar. Zu
diesem Zweck ist bei den dargestellten Ausführungsbeispielen das Basisteil 14, 14', 14'' des Industrieroboters auf einem
durch die Längsführung geführten und mit
einem robotereigenen Längsantrieb
versehen Fahrschemel 15, 16 bzw. 16' getragen. Beim
Roboter 10 nach den 1 bis 6, 8, 9 ist
das Basisteil 14 lösbar
mit dem Fahrschemel 15 verbunden, wogegen beim Industrieroboter 10' (11) das Roboter-Basisteil 14' eine starre
und unlösbare
Einheit mit dem Fahrschemel 16 bildet; bei dem in den 12 und 13 dargestellten Industrieroboter 10'' ist das Basisteil 14'' gegenüber dem Fahrschemel 16' als gesondertes,
rahmenartiges Bauteil ausgebildet, gleichwohl stützt sich das Basisteil während des
Arbeitszyklus' nicht
am Fahrschemel, sondern am Boden (Stützfläche 49') ab. Der Fahrschemel 15 bzw. 16 ist
bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen
von Industrierobotern 10 bzw. 10' mittels Spurkranzrädern auf Führungsschienen 17 verfahrbar.
Beim dritten beispielsweise gezeigten Roboter 10'' wird der Fahrschemel 16' mittels beiderseits
V-förmig
angeordneter Führungsrollen 59 und
einem Paar von entsprechenden Führungsschienen 17' geführt. Der
Längsantrieb
des Fahrschemels 15 bzw. 16 erfolgt über eine
ortsfest verlegte Zahnstange 19, in die ein fahrschemelseitiges
Antriebszahnrad 74 eingreift. Dieses ist über eine überbrückbare Schlupfkupplung 18 von einem
regelbaren Antriebsmotor aus antreibbar. Der Fahrschemel 16' ist über drehangetrieben
und bedarfsweise auf den Boden (Stützfläche 49') ablenkbare Reibrollen 61 bzw. 61' in Längs richtung
antreibbar. Die gesamten Steuerbefehle für den Industrieroboter 10, 10' bzw. 10'' werden ihm von der im Steuerschrank 13 untergebrachten
Robotersteuerung zugeleitet.
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Die in 1 in
Grundrissdarstellung gezeigte Arbeitsstation umfasst neben der zwischen
den Punkten A (Anfang) und E (Ende) gelegene Arbeitsstrecke 23 auch
noch eine in Förderrichtung 6 davor angeordnete,
zwischen den Punkten W (Warten) und A gelegene Beschleunigungsstrecke 7.
Außerdem muss
am Ende der Arbeitsstrecke noch eine Verzögerungsstrecke 7' vorgesehen
werden, innerhalb der der Roboter vom kontinuierlich weiterbewegten Werkstück gelöst und bis
zum Stillstand (Umkehrpunkt U) verzögert wird. Die Gesamtlänge der
Arbeitsstation setzt sich also zusammen aus der Länge der
Arbeitsstrecke 23 zuzüglich
der Länge
der Beschleunigungsstrecke 7, der Verzögerungsstrecke 7' und einer in
Längsrichtung
gemessenen Breite des Industrieroboters 10, 10', 10''. Die Länge der Arbeitsstrecke 23 ihrerseits
richtet sich nach dem Umfang der vom Roboter durchzuführenden
Arbeiten und nach der Fördergeschwindigkeit
der Fördereinrichtung 1, 1'. Bei der taktunabhängigen,
kontinuierlich voranschreitenden Fertigung können ohne weiteres kürzere und
längere
Arbeitsstationen hintereinander in ein und derselben Fertigungslinie
angeordnet werden, ohne dass dies den Fertigungsablauf in irgendeiner
Weise stören
würde.
Dies ist ein ganz erheblicher Vorteil gegenüber der sog. getakteten Fertigung.
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Dem gegenüber werden bei der getakteten, automatisierten
Fertigung alle hintereinander folgenden, durch Roboter vorzunehmenden
Arbeitsoperationen einer Fließbandfertigung
jeweils im Stillstand der Werkstücke
durchgeführt.
Die dabei installierten Arbeitsstationen müssen alle exakt die gleiche
Länge haben,
widrigenfalls es zu Störungen
im Fertigungsablauf kommen würde.
Die getaktete Fertigung aller Arbeitsstationen erzwingt es außerdem,
den gesamten Arbeitsprozess in einzelne, untereinander zeitgleiche
Arbeitsumfänge
zu unterteilen, was nicht immer gelingt und u.U. einen erhöhten Stationen-
und Investitionsaufwand erfordert.
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Die in einer Arbeitsstation (1) bewegungssynchron zu
leistende Arbeitsoperation wird während des gemeinsamen Durchlaufes
von Roboter 10, 10', 10'' und Werkstück 3 durch die erwähnte Arbeitsstrecke 23 hindurch
durchgeführt.
Ausgehend von einer vor der Arbeitsstrecke, nämlich zu Beginn der Arbeitsstation
gelegenen, in 1 strichpunktiert dargestellten
Warteposition W wird der Industrieroboter bei Annäherung des
Werkstücks
an die Warteposition zunächst
auf Fördergeschwindigkeit
des Werkstücks
beschleunigt (Beschleunigungsphase); die zu Beginn der Beschleunigungsphase
sich annähernde Karosserie 3 ist
in 1 ebenfalls strichpunktiert
dargestellt. Die Länge
der Beschleunigungsstrecke 7 muss so ausgelegt sein, dass
bei Erreichen des Anfangspunktes A der Arbeitsstrecke 23 Geschwindigkeitsgleichheit
und Positionsübereinstimmung
zwischen Roboter und Werkstück
in engen Grenzen, d.h. positionsgleicher Synchronlauf herbeigeführt werden
kann. In diesem Zustand wird dann das verfahrbare Basisteil 14, 14', 14'' des Industrieroboters 10, 10', 10'' zumindest mittelbar mit dem Werkstück mechanisch
gekoppelt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Basisteil über die
Koppelstangen 20, 20', 29, 31 bzw. über den
Koppeltubus 34 mit der Adapterschiene 5 bzw. dem
Adaptergestell 5' starr
verbunden. Auf diese Einrichtung zum mechanischen Koppeln des Basisteils
des Industrieroboters mit dem Werkstück oder einem starr mit ihm verbundenen
Werkstückträger soll
weiter unten noch näher
eingegangen werden.
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Ausgehend vom Anfangspunkt A der
Arbeitsstrecke 23, bei dem Synchronlauf von Roboter und
Karosse herbeigeführt
und beide mechanisch miteinander verbunden sind, wird die Arbeitsoperation
am Werkstück
vom Industrieroboter selbsttätig durchgeführt (Arbeitsphase),
wobei der Industrieroboter mit dem Werkstück synchron mitbewegt wird. Am
Ende E der Arbeitsstrecke 23, d.h. nach Vollendung der
Arbeitsoperation, wird das Basisteil des Industrieroboters vom Werkstück gelöst, der
Roboter bis zum Stillstand verzögert
(Verzögerungsstrecke 7') und der Industrieroboter
vom Umkehrpunkt U aus im Eilgang in die Warteposition W zurückbewegt
(Eilrücklauf).
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Um nach Annäherung einer Karosserie an die
Arbeitsstation bzw. an die Warteposition W des Industrieroboters
innerhalb der Beschleunigungsstrecke 7 nicht nur einen
Synchronlauf zwischen Roboter und Werkstück, sondern auch eine Positionsgleichheit
am Punkt A regelungstechnisch herbeiführen zu können, sind eine Reihe gesonderter,
weitgehend im Steuerschrank 13 untergebrachter Steuerungen
vorgesehen. Zur laufenden Erfassung der jeweilige Längsposition
und der Geschwindigkeit des zu bearbeitenden Werkstückes sind
Sensoren an der Rollenförderbahn 1 installiert,
was jedoch in den Figuren nicht dargestellt ist. Ferner ist ein
durch die Positions- und/oder Geschwindigkeitssignale des Werkstücks gespeister
Geschwindigkeitsregler vorhanden, der den robotereigenen Längsantrieb
für den Fahrschemel
beeinflusst. Nicht zuletzt ist selbstverständlich eine programmierbare
Steuerung zum Steuern des vollständigen
Arbeitszyklus' des
Industrieroboters vorhanden. Der Verfahrantrieb des Fahrschemels 15, 16 bzw. 16' stellt gewissermaßen einen weiteren
Freiheitsgrad der Bewegung des Industrieroboters dar, der ebenfalls
einschließlich
der erwähnten,
gesonderten steuerungstechnischen Module in die programmierbare
Robotersteuerung integriert ist. Auch die Ankoppelung des Industrieroboters
an das Werkstück
stellt steuerungstechnisch ebenfalls eine weitere Bewegungsachse
des Roboters dar, die in die programmierbare Robotersteuerung einbezogen ist.
Mit der Robotersteuerung können
folgende Funktionen bzw. Phasen ausgeführt werden:
-
- – Beschleunigen
des Industrieroboters während der
Beschleunigungsphase aus der Warteposition heraus bei sensorisch
detektierter Annäherung des
Werkstücks
an die Warteposition auf Fördergeschwindigkeit
des Werkstücks.
- – Mechanisches
Ankoppeln des Basisteiles des Industrieroboters an das Werkstück bzw.
an ein mit dem Werkstück
fest verbundenen Bauteil bei erreichtem Gleichlauf zwischen beiden
am Anfangspunkt der Arbeitsstrecke.
- – Durchführen der
Arbeitsoperation am Werkstück während des
gemeinsamen Durchlaufes durch die Arbeitsstrecke (Arbeitsphase).
- – Lösen des
Industrieroboters vom kontinuierlich weiterbewegten Werkstück am Ende
E der Arbeitsstrecke und verzögern
bis zum Stillstand beim Umkehrpunkt U.
- – Zurückbewegen
des Industrieroboters im Eilgang in die Warteposition (Eilrücklauf)
nach Beendigung der Arbeitsoperation am Werkstück.
- – Gegebenenfalls
Aufnehmen eines Zubauteiles in das Roboterwerkzeug als Vorbereitung
für den nächsten Arbeitszyklus.
-
Zur ordnungsgemäßen und qualitativ anspruchsvollen
Durchführung
der Arbeiten seitens des Industrieroboters am Werkstück dürfen während der Arbeitsphase
keine Relativbewegungen zwischen Werkstück und Industrieroboter auftreten,
die auf Führungsungenauigkeiten
der Führungsschienen
für den
verfahrbaren Industrieroboter einerseits und auf Führungsungenauigkeiten
der Fördereinrichtung
für die
Werkstücke
andererseits zurückzuführen sind.
Es stellt einen wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung
dar, dass nicht nur die Längsführung des
Roboters lediglich geringe Genauigkeitsforderungen stellt, sondern
dass auch die Führungsgenauigkeit der
Fördereinrichtung
für die
Werkstück
gering sein darf. Die relativ ungenaue Führung des Industrieroboters
bzw. dessen Fahrschemels mittels Spurkranzräder oder Führungsrollen 59 und
Schienen 17, 17' ist
diesbezüglich
ebenso ausreichend wie die einer Rollenförderbahn 1 oder eines
Hängeförderers 1' für das Werkstück.
-
Um trotz solcher Führungsungenauigkeiten Relativbewegungen
zwischen Werkstück
und Industrieroboter während
der Arbeitsphase zwischen Werkstück
und Industrieroboter gleichwohl vermeiden und um jedes beliebige
Fördersystem
zur Beförderung
der Werkstücke
innerhalb der Fertigung uneingeschränkt zulas sen zu können, wird
das Basisteil 14, 14', 14'' des
Industrieroboters 10, 10', 10'' während der
Arbeitsphase erfindungsgemäß zum einen bezüglich aller
sechs Freiheitsgrade starr mit dem Werkstück 3 oder – wie beim
dargestellten Ausführungsbeispiel – starr
mit einem mit dem Werkstück unverrückbar verbundenen
Bauteil, nämlich
der Adapterschiene 5 bzw. dem Adaptergestell 5' gekoppelt.
Zum anderen wird das Basisteil mittelbar oder unmittelbar von der
Längsführung 17, 17' abgehoben und
gewichtsausgeglichen, z.B. mittels eines Luftfederbalgs 40,
innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade
der Bewegung schwimmend gehaltert. Während der Beschleunigungsphase
bis zur Koppelung mit dem Werkstück 3 sowie
während
der Verzögerung
und während
des Eilrücklaufes
wird hingegen das Basisteil 14, 14', 14'' – mittelbar
oder unmittelbar – von
der Längsführung 17 nicht
schwimmend gelagert bzw. getragen.
-
Um dieses Ziel erreichen zu können, ist
die Einrichtung zum mechanischen Koppeln des Basisteils 14, 14', 14'' mit dem Werkstück, d.h. mit der Karosserie 3 bzw.
mit der starr mit ihr verbundenen Adapterschiene 5 bzw.
Adaptergestell 5' derart
ausgebildet, dass alle sechs Freiheitsgrade der Bewegung zwischen
dem Werkstück 3 einerseits
und dem Basisteil 14, 14', 14'' des
Industrieroboters 10, 10', 10'' andererseits
auch bezüglich
kleiner Bewegungsausschläge
aufgehoben sind. Zugleich mit der starren Kopplung des Basisteiles 14, 14', 14'' an das Werkstück wird auch eine von Werkstück zu Werkstück stets
gleich bleibende, durch die Koppelglieder mechanisch definierte
Relativlage herbeigeführt.
-
In soweit stimmen die drei grundsätzlichen Varianten
der Erfindung (1-6, 8, 9 bzw. 11 bzw. 12 und 13) überein.
Bezüglich
eines weiteren erfindungsgemäßen Merkmals
weichen die beiden Varianten jedoch voneinander ab. In soweit ist das
Basisteil des Industrieroboters gemäß einer der nachfolgend genannten,
alternativ in Betracht kommenden Ausführungen gestaltet:
-
- – Was
die in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele
anlangt, so ist das Basisteil 14 des Industrieroboters 10 lösbar mit
dessen Fahrschemel 15 verbunden. Im Gegenzug ist das mit
einem Gewichtsausgleich, z.B. in Form des unterseitig angebrachten
Luftfederbalgs 40, versehene Basisteil 14 des
Industrieroboters 10 in der Weise vom Fahrschemel 15 des
Industrieroboters 10 abhebbar, dass das Basisteil 14 innerhalb
eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade
der Bewegung vom Fahrschemel 15 beweglich gehaltert ist.
Die Ausführungsbeispiele
zeigen eine Abstützung
auf der ebenen und horizontalen Oberseite – der Stützplatte 49 – des Fahrschemels.
Denkbar wäre
zum Gewichtsausgleich stattdessen auch eine hängende oder pendelnde Anordnung
des vom Fahrschemel abgekoppelten Basisteiles an einem vom Fahrschemel
getragenen, das Basisteil in weitem Bogen überspannenden Portal. Im Fall
der Ausführungsbeispiele
nach den 1 bis 6 wird der Industrieroboter 10 bzw.
sein Basisteil 14 mittelbar von der Längsführung 17 abgehoben.
Der von den Führungsschienen 17 geführte Fahrschemel 15 verbleibt
während
des gesamten Arbeitszyklus auf den Führungsschienen. Dem gegenüber wird das
vom Fahrschemel getragene Basisteil während der Arbeitsphase, und
nur während
dieser Zeit, vom Fahrschemel bezüglich
aller Richtungen gelöst
und unter Ausgleich des Gewichts des Industrieroboters z.B. mittels
des Luftfederbalgs 40 räumlich
beweglich gegenüber
dem Fahrschemel gehaltert. Nur während
der Beschleunigungsphase bis zur Koppelung mit dem Werkstück 3 sowie während der
Verzögerung
und während
des Eilrücklaufes
ist das Basisteil 14 unnachgiebig mit dem Fahrschemel 15 verbunden.
- – Entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
nach 11 kann statt dessen
das Basisteil 14' des
Industrieroboters 10' aber
auch permanent starr mit dem Fahrschemel 16 verbunden sein
oder das Basisteil selber als der auf Führungsschienen 17 geführte Fahrschemel 16 ausgebildet
sein. In diesem Fall muss der Fahrschemel in der Weise von den Führungsschienen
abhebbar sein, dass der Fahrschemel gemeinsam mit dem Basisteil 14' innerhalb eines
gewissen Bewegungsspielraums bezüglich
aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung unter Ausgleich des Gesamtgewichts
des Industrieroboters 10' – abgestützt oder
aufgehängt
an einem raumfesten Bezugssystem – beweglich gehaltert ist.
- – Beim
Ausführungsbeispiel
nach den 12 und 13 ist das Basisteil 14'' des Industrieroboters 10'' mit dem Fahrschemel 16' über eine
Führung 57 verbunden,
die lediglich vertikale Relativverschiebungen, und aufgrund von
Endanschläge 58 auch diese
nur mit einem begrenzten Hub zulässt.
Der Fahrschemel 16' ist
in der Weise von den Führungsschienen 17' abhebbar oder
von ihnen lösbar,
dass der Fahrschemel 16' gemeinsam
mit dem Basisteil 14'' innerhalb eines
gewissen Bewegungsspielraums bezüglich
aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung beweglich gegenüber den
Führungsschienen 17' von dem gegenüber Grund
wirksamen Gewichtsausgleich gehaltert ist.
-
Die erfindungsgemäße Wirkung der räumlich starren
und reproduziergenauen Kopplung des gewichtsausgeglichen mit dem
Werkstück
mitgeführten Industrieroboters
besteht darin, dass das Basisteil des Industrieroboters während der
Arbeitsphase in einer maßlich
stets gleich bleibenden Relativposition festgelegt ist und während der
Arbeitsphase keinerlei Relativbewegung zum Werkstück mehr
ausführt.
Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:
-
- – Es
können
ohne weiters auch Arbeiten mit hohen Genauigkeitsanforderungen durch
Industrieroboter bei kontinuierlich bewegtem Werkstück durchgeführt werden.
- – An
die Längsführung des
Industrieroboters werden nur geringe Genauigkeitsanforderungen gestellt.
- – Dadurch
können
die Arbeitsstationen kostengünstiger
gestaltet werden.
- – Auf
Seiten des Werkstückes
können
beliebige Fördersysteme
zugelassen werden, wodurch das System sehr universell einsetzbar
ist.
- – Erfindungsgemäß können auch
präzise
durchzuführende
Roboterarbeiten erstmals in einer kontinuierlichen, d.h. ungetakteten
Fertigung realisiert werden.
- – Dadurch
können
die Arbeitsstationen unterschiedlich lang, d.h. im Hinblick auf
die jeweils durchzuführenden
Arbeitsoperationen optimiert ausgelegt werden.
- – Dadurch
kann innerhalb einer vollständigen
Fertigungslinie die Anzahl der erforderlichen Roboter-Arbeitsstationen
minimal gehalten werden, d.h. der Zwang zur Aufteilung der gesamten
Arbeit in zeitgleiche Arbeitstakte und in dementsprechend viele
Arbeitsstationen besteht nicht mehr.
-
Nachfolgen soll näher auf verschiedene Arten
der räumlich
starren Kopplung des Basisteils des Industrieroboters an das Werkstück eingegangen werden,
die in den 2 bis 6 in fünf Varianten dargestellt sind.
Diese Varianten der Kopplung sind nicht nur bei dem in den 2 bis 6 gezeigten Industrieroboter 10,
sondern auch beim Industrieroboter 10' nach 11 und beim Industrieroboter 10'' nach den 12 und 13 einsetzbar.
-
In vier der dargestellten Ausführungsbeispielen
der Ankoppelung des Basisteils (2 bis 5 und 11) ist dieses über ein Paar von unteren Koppelstangen 20, 20', 29 oder 31 mit
der oder den Adapterschienen 5 befestigt; die Ankoppelungen
gemäß 2 und 11 stimmen im Prinzip überein.
Die unteren Koppelstangen sind, wie es in der Grundrissdarstellung
nach 1 zu erkennen ist,
durch Diagonalstäbe
gegeneinander versteift und im übrigen dauerhaft
und biegesteif mit dem Basisteil 14, 14' des Industrieroboters 10, 10' verbunden.
Bei einem fünften
Ausführungsbeispiel
der Ankoppelung des Basisteils gemäß 6 wird dieses mittels eines horizontal
verschiebbaren Koppeltubus 34 und einer Koppelplatte biegesteif
an das Adaptergestell 5' angekoppelt.
-
Die in den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 gezeigten unteren Koppelstangen sind jeweils
zweiteilig mit einem stabförmigen,
vorderen (21) und einem hülsenförmigen, hinteren Koppelstangenteil 22 ausgebildet,
die teleskopartig im Sinne einer Verlängerung bzw. Verkürzung zueinander
bewegt und die in der verlängerten
Endstellung unbeweglich zueinander verklemmt werden können. Völlig analog
sind auch die unteren Koppelstangen 20' (11)
bzw. 31 (5)
der Ausführungsbeispiele nach
den 11 bzw. 5 ausgebildet.
Durch Ausfahren der oberen und unteren Koppelstangen in ihre jeweilige
Endstellung wird das angekoppelte Basisteil in die vorgeschriebene
Relativlage zum Werkstück gebracht.
-
Am unteren Ende des vorderen Koppelstangenteils 21 ist,
wie 10 deutlicher erkennen
lässt, eine
horizontal ausgerichtete Gleitführung 51 für einen
mit einem Verschiebeantrieb versehenen Schlitten 51 angebracht,
die – im
Grundriss gesehen – rechtwinklig
zur Adapterschiene 5 orientiert ist. Der Schlitten 51 kann
auf der Gleitführung
gesteuert hin und her bewegt und in der vorderen Endstellung starr auf
der Gleitführung
festgeklemmt werden. Am Schlitten ist ein Schraubermotor gehaltert,
dessen Wellenzapfen in Form einer Fixierschraube 52 mit
einem Führungszapfen 53 ausgebildet
ist.
-
Bei positionsgleichem Synchronlauf
von Industrieroboter und Werkstück
am Anfang A der Arbeitsstrecke 23 werden die vorderen Koppelstangenteile
aus der in 10 strichpunktiert
angedeuteten, zurückgezogenen
Stellung in Richtung auf die Adapterschiene 5 vorgeschoben.
Dabei gelangt die in einer zunächst
noch zurückgezogenen,
ebenfalls strichpunktiert angedeuteten Position befindliche Fixierschraube 52 gleichachsig
zu einer Gewindebohrung in der Adapterschiene. Der Schlitten 51 wird
nun bei laufendem Schraubermotor nach vorne geschoben, wobei mit
Hilfe des Führungszapfens 53 die
Fixierschraube in die Gewindebohrung eingeführt, darin eingeschraubt und
schließlich
festgezogen wird. Anschließend
werden der Schlit ten 51 auf der Gleitführung 50 und der vordere
(21) im hinteren Koppelstangenteil 22 in der mechanisch
vorgegebenen Endstellung festgeklemmt. Damit sind die unteren Koppelstangen
starr mit der Adapterschiene und somit starr mit der Karosserie
verbunden und in soweit auch die gewünschte Relativlage zwischen
Karosserie und Roboter herbeigeführt.
-
Selbstverständlich sind noch viele andere Ausführungen
zur starren Befestigung des unteren Endes der Koppelstangen mit
der Adapterschiene denkbar; die beschriebene Ausführung stellt
lediglich eine beispielsweise gegebene Möglichkeit dar. Bei allen diesbezüglichen
Lösungen
ist zum einen wichtig, dass eine zug- und druckfeste Verbindung
zwischen Koppelstangenende und Adapterschiene schnell hergestellt
und ebenso schnell auch wieder gelöst werden kann. Zum anderen
ist wichtig, dass durch die Koppelstangen eine maßlich genau
definierte und bei jedem Arbeitszyklus gleiche Relativlage zwischen
dem Basisteil des Roboters und dem Werkstück herbeigeführt wird.
-
Durch die zug- und druckfeste Verbindung zwischen
dem unteren Ende der beiden gegeneinander versteiften und biegesteif
am Basisteil des Industrieroboters befestigten Koppelstangen 20 einerseits und
der Adapterschiene 5 andererseits sind bereits drei von
sechs möglichen
Freiheiten einer Relativbewegung zwischen Industrieroboter und Werkstück wirkungsvoll
aufgehoben. Und zwar sind durch die bisher geschilderte Koppelung
nicht nur eine horizontale Querverschiebung, sondern auch eine horizontale
Längsverschiebung
des Basisteils relativ zur Karosserie, d.h. eine Abstandsänderung
sowie ein Voreilen bzw. Zurückbleiben
der Karosserie gegenüber dem
Industrieroboter wirkungsvoll verhindert. Ferner ist dadurch auch
ein gegenseitiges Verschwenken um eine vertikale Achse im Sinne
einer sog. Gierbewegung ausgeschlossen. Darüber hinaus sind andere Relativbewegungen
erschwert. Würde
es bei der geschilderten, unten an der Karosserie angreifenden Koppelung
bleiben, so wären
im Rahmen einer gewissen verbleibenden Biege elastizität des Koppelstangenpaares
noch eine relative Wankbewegung sowie eine Nickbewegung der Karosserie
gegenüber dem.
Industrieroboter möglich.
Ferner könnte
sich bei vertikalen Beschleunigungen z.B. aufgrund von Erschütterungen
u.U. der vertikale Abstand zwischen Roboter und Werkstück ändern.
-
Durch das Hinzutreten einer weiteren,
oben an der Karosserie angreifenden Koppelung zwischen Basisteil
und Karosserie werden jedoch die verbleibenden drei Freiheiten der
Relativbewegung ebenfalls aufgehoben, wobei hier ein Zusammenwirken mit
der bereits geschilderten Koppelung durch die unteren Koppelstangen
wichtig ist. Die vier in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich bezüglich
dieser zusätzlichen
Koppelung.
-
Bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen
ist ein oberer Koppelausleger 24 bzw. 27 am Basisteil 14 des
Industrieroboters angebracht, der in Längsrichtung sowie in Vertikalrichtung
in sich schub- und biegesteif ausgebildet und biegesteif am Basisteil
befestigt ist. Der Koppelausleger 24 nach 2 ist an seinem vorderen Ende mit einem
quer verschiebbaren Greifer 25 versehen, der bezüglich des
lichten Querschnitts seines Greifmauls an den Querschnitt der Mittelsäule 26 der
Karosserie im oberen Bereich der Mittelsäule angepasst ist. Während zum
Zeitpunkt des positionsgleichen Synchronlaufs am Ende der Beschleunigungsstrecke
die Enden der unteren Koppelstangen mit der Adapterschiene 5 in
der bereits geschilderten Weise verbunden werden, wird zeitgleich
der zunächst
in einer zurückgezogenen
Position befindliche, geöffnete
Greifer 25 in Richtung auf die Mittelsäule 26 ausgefahren und
dann geschlossen, so dass er diese spielfrei und formschlüssig umschließt. Durch
die Wirkung der oberen Ankoppelung werden im Zusammengehen mit der
unteren Ankoppelung nicht nur relative Vertikalverschiebungen (Höhenveränderungen)
der Karosserie gegenüber
dem Industrieroboter wirkungsvoll verhindert, sondern auch Verschwenkungen
um eine Horizontalachse in Längsrichtung
(Wankbewegungen) als auch Horizontalverschwenkungen im Sinne einer
Nickbewegung vermieden.
-
Bei der in 3 gezeigten, gegenüber dem Ausführungsbeispiel
nach 2 nur geringfügig anders
ausgebildeten Ankoppelung ist der obere Koppelausleger 27 mit
einem beweglich an ihm angelenkten Sauggreifer 28 versehen.
Dieser kann mit seinen unterseitig angebrachten Saugnäpfen auf
das Karosseriedach angelegt werden und hält nach Anlegen eines Vakuums
das Dach sicher fest. Die stabilisierende Wirkung der oberen Ankoppelung
nach 3 ist im Prinzip
die gleiche, wie die nach 2. Falls
die Karosserie – wie
in der Fertigmontage der Fahrzeuge üblich – lackiert sein sollte, so
wird man das Dach zur Schonung der Lackierung zuvor zweckmäßigerweise
mit einer selbstklebenden Schutzfolie überkleben.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach 4 wird ein anderer Weg zur
vollständigen
Koppelung des Basisteils des Industrieroboters an das Werkstück beschritten.
Zwar ist auch hier ein unteres Paar von Koppelstangen 29 am
Basisteil 14 angebracht, die in Horizontalrichtung gegeneinander
ausgesteift und biegesteif am Basisteil befestigt sind. Jedoch sind
die beiden Koppelstangen 29 dieser Ausführung horizontal und auf Höhe der Adapterschienen 5 der
Karosserie am Basisteil angebracht und – im Grundriss gesehen – exakt
rechtwinklig zur Förderrichtung 6 ausgerichtet.
Im Innern der Koppelstangen ist jeweils eine axialbeweglich darin
geführte,
biegesteife Stange – nachfolgend
Koppelschwert 30 genannt – gelagert, welches mit einem
Verschiebeantrieb versehen ist, durch den es um wenigstens die Breite
der Karosserie hin und her verschoben werden kann. Beide Adapterschienen
sind mit an den Querschnitt des Koppelschwerts angepassten, rechts
und links deckungsgleich positionierten Durchtrittsöffnungen
versehen, durch die die Koppelschwerte bei geringem Spiel hindurch
gesteckt werden können.
Im Inneren der Koppelschwerte ist noch eine Vorkehrung getroffen,
mit der sich die Koppelschwerte nach dem vollständigen Einführen in die Durchtrittsöffnung der
Adapterschienen darin mechanisch verriegeln lassen. Dies kann z.B.
durch quer in den Koppelschwerten verlaufende Verriegelungsbolzen
geschehen, die durch eine axial im Inneren der Koppelschwerter angeordnete
Zugstange im Verriegelungssinne oder im Entriegelungssinne betätigt werden
können.
-
Durch Einführen der Koppelschwerte in
die beiden rechts und links an der Karosserie angebrachten Adapterschienen 5 und
durch das Verriegeln der Koppelschwerte darin können alle sechs Freiheitsgrade
der Bewegung zwischen Industrieroboter und Karosserie aufgehoben
werden. Zwar müssen
zur wirkungsvollen Verhinderung von etwaigen relativen Wankbewegungen
der Karosserie gegenüber
dem Industrieroboter die Koppelschwerter sehr biegesteif ausgeführt werden,
was eine gewisse Bauhöhe
derselben und der Adapterschienen voraussetzt. In gleicher Weise
muss auch die untere, jeweils ein Koppelschwert führende Koppelstange 29 selber
sehr biegesteif ausgeführt
und hoch biegesteif am Basisteil befestigt sein. Darüber hinaus
sind die Koppelstangen und die in ihnen gleitenden Koppelschwerter sehr
lang. Alles dies läuft
auf einen gewissen Bauaufwand und Baugewicht, also auf gewisse Bau-
und Investitionskosten hinaus. Der erhebliche Vorteil der Anordnung
nach 4 gegenüber den
anderen Varianten besteht jedoch darin, dass die Koppelung von Roboter
und Werkstück
ausschließlich
in einem die Bewegung des Arbeitsarmes 11 nicht beeinträchtigen
Bereich, d.h. ausschließlich
unten am Werkstück stattfindet.
Der Arbeitsarm des Industrieroboters ist dadurch in seiner Beweglichkeit
nicht beeinträchtigt, was
im Sinne einer universellen Einsetzbarkeit des Industrieroboters
sehr hoch zu veranschlagen ist.
-
In eine ähnliche Richtung zielt das
Ausführungsbeispiel
nach 5. Dort ist eine
Ankoppelung mittels eines Paares unterer Koppelstangen 31 vorgesehen,
die gegeneinander biegesteif verstrebt sind und auch biegesteif
am Basisteil 14 des Industrieroboters 10 befestigt
sind. Die beiden Koppelstangen greifen nur an der einen, dem Industrieroboter
zugekehrt lie genden Adapterschiene an, und zwar in der im Zusammenhang
mit 10 bereits geschilderten Weise.
Zur vollständigen,
d.h. alle sechs Freiheitsgrade der Bewegung blockierenden Koppelung
von Basisteil und Karosserie ist beim Ausführungsbeispiel nach 5 ein sehr großer Koppelausleger 32 am
Basisteil 14 des Industrieroboters angebracht, der den
Bewegungsspielraum des Arbeitsarmes 11 überspannt und aus diesem Grunde
dessen Beweglichkeit nicht beeinträchtigt. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist am Ende des Koppelauslegers ein vertikal beweglicher Sauggreifer 33 angebracht,
mit dem der Koppelausleger endseitig am Karosseriedach festgesetzt
werden kann. Der Koppelausleger 32 muss in allen Belastungsrichtungen
in sich ebenfalls sehr biegesteif ausgebildet und biegesteif am
Basisteil befestigt sein.
-
In 6 ist
eine weitere Koppelung zwischen dem Basisteil 14 des Roboters
und der Karosserie 3 gezeigt, die – ähnlich wie die Koppelung nach 4 – besonders für die Anwendung
in Hängeförderbahnen
geeignet erscheint, weil mit ihr eine vollständige, d.h. alle sechs Freiheitsgrade
der Bewegung aufhebende Koppelung ohne oberseitige Koppelglieder
zustande kommt. In diesem Fall wird ein in sich starres, genau gefertigtes
Adaptergestell 5' eingesetzt,
welches sich über
die gesamte Breite der Karosserie erstreckt und welches – ähnlich wie
die beiden einzelnen Adapterschienen 5 – ebenfalls an den stabilen
und genau gefertigten Karosseriepunkten über dortige Steckhülsen befestigt
ist. Außerdem erstreckt
sich das Adaptergestell über
eine gewisse Bauhöhe,
so dass seitlich über
diese Höhe
hinweg roboterseitige Koppelglieder bei hoher Biegesteifigkeit an
das Adaptergestell angekoppelt werden können. Dadurch können auch
Wank- sowie Nickbewegungen und Höhenveränderungen
der Karosserie gegenüber
dem Roboter wirksam vermieden werden; oberseitig an der Karosserie
angreifende Koppelglieder sind aufgrund dessen entbehrlich.
-
Roboterseitig ist bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Koppelung das Basisteil 14 des Roboters auf der Höhe des Adaptergestelles 5' mit einer horizontalen
Führung
versehen, in der ein Koppeltubus 34 horizontal verschiebbar
ist. Die Führung
ist in sich biegesteif ausgebildet und auch biegesteif am Basisteil 14 angeschlossen.
In der strichpunktiert angedeuteten, durch mechanische Anschläge definierten
Endstellung des Koppeltubus kann dieser innerhalb der Führung festgeklemmt werden,
so dass er mit der Führung
eine starre, biegesteife Einheit bildet. An seiner Stirnseite ist
der Koppeltubus mit einer Koppelplatte 35 versehen von der
zwei Zentrierzapfen horizontal abragen, die in entsprechende Buchsen
des Adaptegestells eingreifen. Durch mehrere schwenkbare Befestigungskrallen,
die am Rand der Koppelplatte angeordnet sind (nicht dargestellt)
und die eine entsprechende Platte am Adaptergestell hintergreifen
können,
kann die Koppelplatte hoch belastbar und vor allem Biegesteif am
Adaptergestell festgekrallt werden.
-
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die
geschilderten Arten von Koppelungen nicht nur bei dem Industrieroboter 10 nach
den 1 bis 6, sondern auch bei dem Industrieroboter 10' nach 11 oder auch beim Industrieroboter 10" nach den 12 und 13 eingesetzt werden können.
-
Die Besonderheit des Industrieroboters 10 nach
den 1 bis 6 gegenüber dem Industrieroboter 10' nach 11 besteht – wie gesagt – darin, dass
das Basisteil 14 vom Fahrschemel 15 im Werkstück-gekoppelten
Zustand gelöst
werden kann und der vom Fahrschemel getragene Industrieroboter ihm
gegenüber
frei schwimmen kann. Nachfolgen sei im Zusammenhang mit 9 näher auf die lösbare Verbindung
zwischen Basisteil 14 und Fahrschemel 15 eingegangen.
-
Das im Prinzip runde Basisteil 14 weist
in den dargestellten Ausführungsbeispielen
unterseitig eine zumindest an den Ecken radial überstehende, angenähert quadratische
Tragplatte 42 auf. Wie die Grundrissdarstellung nach 1 erkennen lässt, ist im
Eckbereich der Tragplatte jeweils eine Fixier bohrung 46 angebracht,
in die ein Fixierbolzen 43 des Fahrschemels lagesichernd
eingreift.
-
Einzelheiten dieser lösbaren Fixierung
sind in 9 gezeigt, wo
der Zustand der unbeweglichen Fixierung der Tragplatte 42 am
Fahrschemel 15 in vollen Linien dargestellt ist. Der Fixierbolzen 43,
der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einer Stützschulter 36 versehen
ist, greift in die passgenau gearbeitete Fixierbohrung 46 ein.
Aufgrund der Stützschulter
des hubbeweglich gehalterten und in der oberen Endstellung befindlichen
Fixierbolzens ist die Tragplatte im Abstand zur Oberseite 49 des
Fahrschemels gehalten, so dass ein Freiraum zur Unterbringung des
Luftfederbalges 40 und eines dynamischen Luftkissens 41 geschaffen
ist. Der Fixierbolzen und die Fixierbohrung sind an den einander
zugekehrt liegenden Endkanten breit angefast, um ein axiales Ineinandergleiten
von Bolzen und Bohrung zu erleichtern. Um ein Abheben der Tragplatte 42 von der
Stützschulter
des Fixierbolzens zu verhindern, ist im Inneren des axial durchbohrten
Fixierbolzens 43 ein durch einen Klemmzylinder 45 axialbeweglicher Klemmbolzen 44 angeordnet.
Durch einen Kopf 37 am oberseitigen Ende des Klemmbolzens,
der im Durchmesser Größer als
die Fixierbohrung 46 ist, kann die Tragplatte von oben
auf die Stützschulter 36 des
Fixierbolzens festgeklemmt werden. Dadurch ist die Tragplatte horizontal
und vertikal sicher in einer mechanisch vorgegebenen Lage festgehalten.
-
Um im Werkstück-gekoppelten Zustand des Basisteils
die Tragplatte 42 des gewichtsausgeglichen durch einen
Luftfederbalg 40 gehaltenen Basisteils ohne Höhenänderung
vom Fahrschemel 15 lösen
und sie innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraumes frei schwimmen
lassen zu können,
ist der Fixierbolzen 43 durch einen Ringkolben 38 und einen
entsprechenden Ringzylinder 39 aus der in vollen Linien
dargestellte Haltestellung nach unten in eine strichpunktierte Lösestellung
absenkbar. Zugleich wird der Klemmbolzen 44 durch den Klemmzylinder 45 in
die ebenfalls strichpunktiert angedeutete Lösestellung an gehoben. Nachdem
der Schaftdurchmesser des Klemmbolzens 44 wesentlich kleiner
als der Durchmesser der Fixierbohrung 46 ist, und nachdem
in der Lösestellung
die Stützschulter 36 nach unten
und der Klemmkopf 37 nach oben von der Tragplatte 42 abgerückt sind,
kann die Tragplatte im gelösten
Zustand im Rahmen dieser Abstände
bezüglich
aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung um die Fixierstellung herum
nach allen Richtungen frei floaten. Der vorzugsweise permanent im
Luftfederbalg 40 und im Luftkissen 41 anstehende
Arbeitsdruck ist jeweils so einzustellen, dass die Höhenlage des
Basisteils im entkoppelten Zustand möglichst genau der Höhenlage
im starr gekoppelten Zustand entspricht, so dass beim Entkoppeln
praktisch keine Höhenveränderungen
auftreten. Nach Beendigung der Arbeitsphase kann durch unterseitige
Beaufschlagung des Ringkolbens 38 und oberseitiges Beaufschlagen
des Kolbens des Klemmzylinders 45 der Fixierbolzen 43 mit
Stützschulter 36 und
der Kopf 37 des Klemmbolzens 44 kurzfristig wieder
in die Fixierstellung zurück
gebracht werden. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann das Basisteil 14 in
sehr kurzer Zeit vom Fahrschemel 15 gelöst und auch wieder an ihn lagegenau
fixiert werden. Dieser sehr rasch vorzunehmende Wechsel muss zugleich
mit dem Koppeln des Basisteils an das Werkstück bzw. dem Lösevorgang
von ihm erfolgen.
-
Bevor auf Einzelheiten des insbesondere
in 8 dargestellten pneumatischen
Gewichtsausgleichs des Basisteils 14 näher eingegangen wird, sei vorab
der Vollständigkeit
halber auch noch auf eine mechanische Möglichkeit hierzu, nämlich auf
eine pendelnde Aufhängung
des Basisteils hingewiesen. Dazu wäre es erforderlich, das Basisteil
in einem vom Fahrschemel getragenen Portal kardanisch aufzuhängen. Zu
diesem Zweck müsste
das Basisteil in einem horizontalen Ring, der das Basisteil mit
Abstand umfasst, bei horizontaler, durch den Schwerpunkt des Industrieroboters
hindurchgehender Schwenkachse schwenkbar gelagert und dieser Ring
seinerseits in einem das Basisteil überspannenden Bügel schwenkbar
gelagert werden, wobei die zweite Schwenkachse zwar höhengleich
aber rechtwinklig zur erstgenannten Schwenkachse anzuordnen wäre. Der
Bügel schließlich könnte vertikal
oberhalb des Schnittpunktes der Schwenkachsen an einem Stahlseil
pendelnd aufgehängt
werden, wobei das obere Ende des Stahlseils in dem bereits erwähnten, vom
Fahrschemel getragenen Portal, welches den Industrieroboter mit
großem
Abstand überspannt,
befestigt ist. Um nicht nur ein horizontales Pendeln des Basisteils
im gelösten
Zustand zulassen zu können, sondern
auch ein gewichtsausgeglichenes vertikales Floaten des Basisteiles
zu ermöglichen,
müsste
in die Aufhängung,
z.B. in das erwähnte
Stahlseil, noch eine elastische Feder mit flacher Kennlinie integriert sein,
die zwar das Gewicht des Industrieroboters zu tragen vermag aber
doch Höhenschwankungen
des Roboters bei nur geringer Kraftänderung in der Aufhängung zulässt.
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An Stelle einer pendelnden Aufhängung wäre auch
noch eine elastische Abstützung
des Basisteils über
einen horizontal beweglichen Ring denkbar, der das darin kardanisch
aufgehängte
Basisteil aufnimmt. Dazu müsste
statt des oben erwähnten Bügels ein
zweiter horizontaler Ring vorgesehen sein, der unterseitig durch
einen Kranz von weichen Druckfedern an der Oberseite des Fahrschemels
abgestützt
ist. Die Druckfedern laufen vorteilhafter Weise an ihren Enden konisch
spitz zu, so dass sie in Horizontalrichtung verkippt werden können, was
die Horizontalbeweglichkeit des Stützringes erleichtert. Die Summe
der Kräfte
dieser Druckfedern muss das Gewicht des Industrieroboters aufnehmen.
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Eine baulich weniger aufwändige pneumatische
Halterung zum Gewichtsausgleich des Basisteils 14 auf dem
Fahrschemel ist in den Zeichnungen, insbesondere in den 8 und 9 dargestellt. Dort ist zwischen der
Unterseite des Basisteils 14 und der oberseitigen Stützplatte 49 des
Fahrschemels 15 ein Luftfederbalg 40 angeordnet,
der im Fall der schwimmenden Halterung des vom Fahrschemel gelösten Basisteils
mit einem fein abgestimmten Luftdruck beaufschlagt wird. Auf die
Höhe des über den
Luftanschluss 47 zugeleiteten Luftdruckes sei weiter unten noch
näher eingegangen.
Um das Basisteil auch in Horizontalrichtung kraftfrei über die
Stützplatte
des Fahrschemels floaten lassen zu können, ist an der Unterseite
des Luftfederbalges 40 noch ein dynamisches Luftkissen 41 angebracht,
das über
den Luftanschluss 47' seine
nach Luftdruckhöhe
und Luftmenge fein abgestimmte Druckluft erhält. Das ähnlich wie ein Luftfederbalg
ausgebildete Luftkissen 41 ist unterseitig mit einem Versteifungsring
stabilisiert, weist jedoch eine großflächige Öffnung 48 auf. Der Druck
im Luftkissen ist so hoch eingestellt, dass sich zwischen der unterseitigen
Auflagefläche
des mit der Öffnung 48 versehenen
Versteifungsrings und der Stützplatte 49 des
Fahrschemels ständig
ein radial nach außen
strömender
Luftfilm ausbildet. Dadurch ist der Reibungswiderstand in der Berührungsfläche gegen
horizontale Relativverschiebung vernachlässigbar gering.
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Beim positionsgleichen Synchronlauf
des Industrieroboters mit dem Werkstück am Punkt A wird das Basisteil
zuerst allseits starr an das Werkstück angekoppelt und erst danach
das Basisteil 14 vom Fahrschemel 15 gelöst. Durch
Ausfahren der Koppelstangen auf ihre durch mechanische Anschläge definierte
Endstellung wird dann die exakte Relativposition zwischen Basisteil
und Werkstück
herbeigeführt. Diese
Vorgänge
müssen
allerdings sehr rasch und in kurzer Zeitfolge vonstatten gehen.
In einem kurzen Übergangszeitraum
ist das Basisteil sowohl mit dem Fahrschemel als auch mit dem Werkstück starr
verbunden. Der Gewichtsausgleich durch den Luftfederbalg 40 muss
schon rechtzeitig vor dem Ankoppeln des Basisteils an das Werkstück aktiviert
sein, so dass der zum Tragen des Industrieroboters erforderliche
Luftdruck im Luftfederbalg bereits ansteht. Dieser Luftdruck kann
vorzugsweise permanent, d.h. auch in den Phasen stehen bleiben,
in denen das Basisteil mechanisch starr mit dem Fahrschemel verbunden
ist. Am Ende der Arbeitsphase, wo das Basisteil vom Werkstück gelöst und mit
dem Fahrschemel verbunden wird, ist es gerade umgekehrt. Bei diesem
Wechsel muss zunächst
die starre Verbindung zwischen Basisteil und Fahrschemel wieder hergestellt
werden, bevor die Verbindung zum Werkstück gelöst werden darf. Auch bei diesem Übergang ist
das Basisteil eine kurze Zeit lang sowohl mit dem Fahrschemel als
auch mit dem Werkstück
starr verbunden.
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Zwar haben Luftfederbälge eine
sehr geringe Hysterese, aber nicht unbedingt eine sehr flache Federkennlinie.
Um bei Höhenveränderungen
des Basisteils gegenüber
dem Fahrschemel während
des gelösten
Zustandes keinen Anstieg oder Abfall der Stützkraft zu bekommen, sondern
in allen Höhenlagen
das Eigengewicht des Industrieroboters möglichst genau durch den Luftfederbalg
ausgleichen zu können,
wird dem Luftfederbalg ein geregelter Luftdruck zugeführt, wobei
der Luftfederbalg seinen Luftdruck von der Luftdruckquelle her über ein
Druckregelventil erhält.
Um den Luftdruck geregelt zuführen zu
können,
ist wenigstens eines der Koppelglieder 20 mit einem Kraftmesssensor 60 versehen.
Normalerweise wirkt auf die Koppelstangen keine oder nur eine sehr
geringe Kraft ein. Wenn jedoch die Karosserie z.B. aufgrund einer
Wankbewegung über
eine längere
Zeit hinweg das Basisteil um ein kleines Stück anzuheben trachtet, lässt die
Stützkraft
des Luftfederbalges nach, und die Koppelglieder müssen das
Defizit an Stützkraft
aufnehmen. Deshalb ist der Kraftmesssensor so ausgebildet und am
Koppelglied angebracht, dass die dort detektierte Kraft eine Vertikalkraft
repräsentiert,
die je nach Lageänderung
der Karosserie während
der Arbeitsphase das luftfederunterstützte Basisteil anzuheben bzw.
niederzudrücken
versucht. Mit dem Kraftmesssensor 60 ist ein Regler für den Luftdruck
im Luftfederbalg 40 gekoppelt. Der Luftdruckregler wirkt
in Abhängigkeit
von der durch den Kraftmesssensor 60 ermittelten Kraft auf
das erwähnte
Druckregelventil derart ein, dass bei einer vom Werkstück her im
niederdrückenden Sinn
auf den Luftfederbalg 40 einwirkenden Kraft der Luftdruck
im Balg abgesenkt und bei einer das Basisteil in der Tendenz von
Luftfederbalg abhebenden Kraft der Luftdruck im Balg erhöht wird.
Angestrebt ist, dass die im Koppelglied 20 wirkende Kraft
unterhalb eines bestimmten Schwellwertes bleibt. Dadurch wird sichergestellt,
dass in allen sich nur geringfügig
unterscheidenden Höhenlagen
des Basisteils gegenüber
der Stützplatte
des Fahrschemels das Eigengewicht des Industrieroboters weitgehend pneumatisch
und konstant ausgeglichen wird.
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Während
der Arbeitsphase ist das Basisteil 14 des Industrieroboters – wie gesagt – vom Fahrschemel 15 gelöst und innerhalb
gewisser, mechanisch vorgegebener Grenzen gegenüber dem Fahrschemel frei beweglich.
Der angetrieben neben dem Werkstück
her fahrende Fahrschemel hat in dieser Phase lediglich noch die
Aufgabe, das Gewicht des Industrieroboters zu tragen, ihn jedoch
nicht zu führen.
Hierbei könnte
es vorkommen, dass der Bewegungsspielraum zwischen Basisteil und
Fahrschemel aufgrund von Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Werkstück und Fahrschemel
in der einen oder anderen Richtung überschritten wird. Um es in
einem solchen Zustand nicht zu Verzwängungen in den beiden Antrieben
kommen zu lassen, ist vorgesehen, dass im Kraftfluss zum Antriebszahnrad 74 des
Fahrschemels die bereits erwähnte
Schlupfkupplung 18 angeordnet ist, die aufgrund des zugelassenen
Schlupfes zwischen An- und
Abtriebsseite derartige Verzwängungen
verhindert. Durch einen Kupplungsschlupf wird die Antriebskraft
des Fahrschemels auf einen einstellbaren Wert begrenzt.
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Andererseits sollen während der
Beschleunigungsphase, während
des Eilrücklaufes
und bei einem eventuellen Not-Halt hohe An- triebs- oder Bremskräfte über das
Antriebszahnrad 74 übertragen
werden können.
Deshalb ist die Schlupfkupplung derart ausgebildet, dass sie starr
durchgekuppelt, also in einen Zustand überführt werden kann, in dem ein
Schlupf zwischen An- und
Abtriebsseite der Schlupfkupplung 18 verhindert ist. Zur
sicheren Beherrschung der Beschleunigungsphase und des Eilrücklaufes
arbeitet der robotereigene Längsantrieb 73 deshalb
während
der genannten Phasen form- oder kraftschlüssig, d.h. nicht-schlupfend.
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Geeignete Kupplungen dieses Typs
wären hydrodynamische
Kupplungen oder Visko-Kupplungen. Beim zuletzt genannten Kupplungstyp
sind abwechselnd antriebsseitige und abtriebsseitige Kupplungslamellen
ineinandergreifend angeordnet, die in einem ölgefüllten Gehäuse laufen. Das im Schlupfzustand übertragbare
Drehmoment kann durch den Abstand der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kupplungslamellen
vorgegeben werden. Andererseits kann eine Visko-Kupplung bedarfsweise
durch kraftvolles, axiales Zusammenpressen der Kupplungslamellen
starr durchgekuppelt werden.
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Der robotereigene Längsantrieb
wird ab dem Ende der Beschleunigungsphase und während der gesamten Arbeitsphase,
d.h. in dem an das Werkstück 3 gekoppelten
Zustand, im Mittel mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 1 voranbewegt. Hierbei
kann die an der Fördereinrichtung 1 gemessene
Fördergeschwindigkeit
als Sollgeschwindigkeit einem Geschwindigkeitsregler vorgegeben
und dem Antrieb des Fahrschemels des Industrieroboters aufgeprägt werden,
wobei die Ist-Geschwindigkeit des Fahrschemels an dem Antriebszahnrad 74 abgenommen
werden muss.
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Obwohl der Fahrschemel also mit einer
geregelten, mit der Fördergeschwindigkeit übereinstimmenden
Geschwindigkeit angetrieben wird, kann es im Rahmen von Mess- und
Regelungsungenauigkeiten gleichwohl zu kleinen, länger andauernden
Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Werkstück und Fahrschemel kommen.
Eine weitere Ursache hierfür könnte auch
der gewollte Schlupf in der Schlupfkupplung 18 sein. Aufgrund
einer länger
anhaltenden Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Werkstück und Fahrschemel
kann es vorkommen, dass der Fahrschemel im Rahmen der begrenzten
relativen Beweglichkeit das Werkstück in Förderichtung "überholt" oder dass sie gegenüber dem Werkstück zurückbleibt.
Hierbei kann es zu einer Berührung
des Klemmbolzens 44 mit der Fixierbohrung 46 kommen. In
einem solchen Berührungszustand
wäre die
freie Beweglichkeit des Basisteils 14 gegenüber dem Fahrschemel 15 in
Längsrichtung
einge schränkt
und in Vertikalrichtung sowie in Querrichtung erschwert.
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Um einen solchen Zustand zu vermeiden, kann
der Antrieb des Fahrschemels zusätzlich
auf eine zweite Art geschwindigkeitsgeregelt erfolgen, und zwar
in Abhängigkeit
vom horizontalen Verschiebezustand der Tragplatte 42 gegenüber dem
Fahrschemel. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Basisteil 14 des
Industrieroboters 10 und dem Fahrschemel 15 ein
Weggeber 70 angeordnet (siehe 1), der während der Arbeitsphase horizontale,
in Längsrichtung 6 liegende
Relativverschiebungen zwischen Basisteil und Fahrschemel ermittelt.
Dieser Weggeber misst den horizontalen Abstand zwischen je einem
Referenzpunkt an der Tragplatte 42 und einem in Längsrichtung 6 fluchtend
gegenüber
liegenden Referenzpunkt am Fahrschemel; und zwar wird eine solche
Abstandsmessung zugleich an wenigstens drei gegenseitig horizontal
und vertikal beabstandeten Stellen durchgeführt. Aus diesen wenigstens
drei Abstandswerten wird ein Bemittelter Abstand errechnet, bei
dem etwaige verschwenkungsbedingten Abstandsänderungen eliminiert sind.
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Der Weggeber ist mit einem Geschwindigkeitsregler
für die
Fahrgeschwindigkeit des Fahrschemels 15 gekoppelt. Der
Geschwindigkeitsregler seinerseits wirkt auf einen regelbaren Antriebsmotor des
Fahrschemels 15 ein. Und zwar wird deren Fahrgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
von der durch den Weggeber 70 ermittelten Relativverschiebung
zwischen Basisteil 14 und Fahrschemel 15 derart
erhöht bzw.
erniedrigt, dass die Relativverschiebung unterhalb eines bestimmten
Maximalwertes bleibt. Dadurch wird eine länger andauernde Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen Werkstück
und Fahrschemel während
der Arbeitsphase, d.h. während
des gelösten
Zustandes des Industrieroboters vermieden. Der Klemmbolzen 44 bleibt
somit selbst bei Geschwindigkeitsschwankungen der Fördereinrichtung
stets annähernd
mittig innerhalb der Fixierbohrung 46 stehen.
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Während
der Arbeitsphase ist das Basisteil 14 des Industrieroboters 10 – wie gesagt – vollständig an
das Werkstück
gekoppelt und kann gegenüber dem
Fahrschemel gewichtsausgeglichen allseits frei schwimmen. Die Reaktionskräfte des
Industrieroboters müssen
während
dieser Arbeitsphase durch die Koppelstangen und Koppelausleger aufgenommen werden.
Derartige Reaktionskräfte
können
zum einen durch die auszuführende
Arbeit selber herrühren,
z.B. wenn ein gewisser Arbeitswiderstand beim Fügen von Montageteilen zu überwinden
ist. Durch geeignete Gestaltung der Fügepartner bzw. der Fügespalte
und des Roboterwerkzeuges lassen sich derartige, arbeitsbedingte
Reaktionskräfte
beherrschen. Beispielsweise kann beim schwergängigen Fügen von Zubauteilen ein Gegenhalter
am Roboterwerkzeug integriert sein, der sich im Bereich des Einbauortes
auf der in Fügerichtung
gegenüber
liegenden Seite unmittelbar am Werkstück anlegt und sich dort abstützt. Dadurch
können
die durch Fügekräfte verursachten
Reaktionskräfte
bei kurzem Kraftfluss in das Werkstück ableitet werden.
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Neben diesen arbeitsbedingten Reaktionskräften treten
beim Industrieroboter auch noch massebedingte Reaktionskräfte auf,
die sich nicht ohne weiteres vermeiden lassen. Die massebedingten
Reaktionskräfte
können
insbesondere bei raschen Bewegungen des Arbeitsarmes 11 sehr
groß werden. Um
während
der Arbeitsphase des Industrieroboters die Koppelglieder von all
zu großen
massebedingten Reaktionskräften
zu entlasten, ist vorgesehen, dass die rasch vorzunehmenden Roboter-
und Armbewegungen zeitlich außerhalb
des Werkstück-gekoppelten
Zustandes, d.h. nur während
des Stillstandes, während
des Eilrücklaufes
oder während
der Beschleunigungsphase vorgenommen werden.
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Rasche Roboter- und Armbewegungen
sind z.B. nötig,
um den Industrieroboter und seinen Arbeitsarm vor Beginn der eigentlichen
Arbeit in die erforderliche Ausgangsposition für die durchzuführende Arbeit
zu bringen. Bei Montage eines Zubauteiles 9 in das Werkstück muss
das beispielsweise auf einem Tisch bereitgelegte Zubauteil zunächst in
das Roboterwerkzeug aufgenommen werden, was allein aus Zeitgründen bei
rascher Roboterbewegung durchgeführt
wird. Aus den oben genannten Gründen – Entlastung
der Koppelglieder und Erhaltung eines genauen Koppelungszustandes – wird also
ein Zubauteil tunlichst während
einer Stillstandszeit des Industrieroboters, d.h. am Ende der Arbeitsphase
oder in der Warteposition in das Roboterwerkzeug aufgenommen. Solche
Vorgänge
könnten
auch während einer
Verfahrbewegung des Industrieroboters erfolgen, in jedem Fall sollten
sie nur während
solcher Phasen vorgenommen werden, in denen das Basisteil des Industrieroboters
fest mit dem Fahrschemel verbunden ist und die Koppelglieder vom
Werkstück gelöst sind.
Dies ist während
der Beschleunigungsphase und während
des Eilrücklaufs
der Fall.
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Nachfolgend sei auf das in 11 dargestellte Ausführungsbeispiel
des Industrieroboters 10' näher eingegangen,
bei dem das Basisteil 14' eine unlösbare Einheit
mit dem Fahrschemel 16 bildet. Bei diesem Beispiel sind
der Luftfederbalg 40' sowie
das dynamische Luftkissen 41' an
der Unterseite des Fahrschemels 16 angeordnet. Während der
Arbeitsphase des Industrieroboters stützen sich diese gewichtsausgleichenden
und reibungsvermindernden Bauteile auf der bodenseitig zwischen
den beiden Führungsschienen 17 angeordneten
Platte 49' ab. Damit
der Industrieroboter 10' gemeinsam
mit dem Fahrschemel 16 während des werkstück-gekoppelten
Zustandes innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraumes allseits
frei schwimmen kann, muss der Fahrschemel um ein gewisses Maß vertikal von
den Führungsschienen 17 abgehoben
werden. Üblicherweise
sind die Führungsschienen
für Roboter
im Kopfbereich formschlüssig
von Schienenkrallen umgriffen, die ein ungewolltes Abheben des Fahrschemels
von den Schienen, z.B. bei Kippgefahr aufgrund von Massenkräften, verhindern.
Diese Schienenkrallen müssten
im vorliegenden Fall als bewegliche Zangen ausgebildet sein, die
zum Abheben des Fahrschemels von den Führungsschienen durch einen
Stellantrieb geöffnet
werden. Eine Rbschrägung an
den Spurkränzen
der Räder
und an den Führungs schienen – dieses
Detail ist in 11 unten
vergrößert dargestellt – stellt
nicht nur einen horizontalen Bewegungsspielraum bei geringem Abheben
von der Schiene sicher, sondern gewährleistet auch, dass bei Beendigung
der Arbeitsphase der Fahrschemel wieder Ordnungsgemäß aufgegleist
werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 11 geht also der Industrieroboter 10' beim Übergang
in die Arbeitsphase in eine leicht angehobene Position über. Dies
muss zum einen bei der Bemessung der unteren Koppelstangen 20' und des oberen
Koppelauslegers 24 berücksichtigt
werden. Zum anderen hat die Anhebung des Industrieroboters während der Arbeitsphase
auch Auswirkungen auf die Programmierung, d.h. es muss dabei berücksichtigt
werden, dass das Bezugsystem des Industrieroboters während der
Arbeitsphase gegenüber
der Position des Bezugsystems während
der anderen Phasen des Arbeitszyklus' leicht nach oben versetzt ist. Um ein
Anheben des Fahrschemels 16 beim Lösen von der Längsführung und
die damit verbundenen Implikationen zu vermeiden, können statt
dessen die Spurkranzräder
auch um ein entsprechendes Maß nach oben
in den Fahrschemel eingezogen werden, so dass die Höhenlage
des Basisteils beim Lösen
unverändert
bleibt.
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Im übrigen wird beim Ausführungsbeispiel nach 11 der Industrieroboter 10' als ganzes,
d.h. einschließlich
Fahrschemel 16 während
der Arbeitsphase über
die allseits starre Ankopplung an das Werkstück in Förderrichtung mit dem Werkstück mitgeschleppt.
Dank der Abstützung
des Fahrschemels über
ein dynamisches Luftkissen auf dem Untergrund 49' ist der Gleitwiderstand
jedoch vernachlässigbar
gering. Die zum Mitschleppen des Industrieroboters 10' bei konstanter
und geringer Fördergeschwindigkeit
erforderlichen Kräfte
können
ohne weiteres von den Koppelgliedern aufgenommen werden. Ein Antrieb
des Industrieroboters in Förderrichtung ist
während
der Arbeitsphase nicht erforderlich.
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Bei dem in den 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel
eines Industrieroboters 10'' ist ein rahmenartiger
Fahrschemel 16' vorgesehen,
dar das Basisteil 14'' des Roboters
umgibt. Beide Teile – Basisteil
und Fahrschemel – sind
aufgrund einer Gleitführung 57,
die vier Mal am Umfang des rahmenartigen Fahrschemels angeordnet
ist, in Vertikalrichtung zueinander exakt geführt. Bedingt durch oberseitige
und unterseitige Endanschläge 58 kann der
rahmenartige Fahrschemel allerdings nur beschränkt in Vertikalrichtung relativ
zum Basisteil verschoben werden. Der Grund für diese Verschiebbarkeit in
Vertikalrichtung soll später
erläutert
werden. Hier sei lediglich vermerkt, dass die Gleitführung so ausgebildet
sein muss, dass sie jede andere Bewegung im Rahmen eines etwaigen
Spiels ausschließt, also
insbesondere kein Verkanten im Sinne einer Wankbewegung zulässt.
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An den sich parallel zur Förderrichtung
erstreckenden Rahmenschenkeln des rahmenartigen Fahrschemels 16' sind außenseitig
jeweils zwei nach unten weisende Führungsarme 67 angebracht,
an deren Innenseite jeweils ein Paar von Führungsrollen 59 gehaltert
ist. Die Führungsrollen
sind jeweils V-förmig
und symmetrisch zu einer horizontalen Linie angeordnet und korrespondieren
mit einem Paar von entsprechend ausgebildeten und bodenseitig angeordneten,
prismatischen Führungsschienen 17' zur bodenseitigen
Führung
des Fahrschemels 16' bzw. des
Industrieroboters 10''.
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Um den Fahrschemel von der Längsführung 17' lösen zu können, sind
die Führungsrollen
von einer in 12 links
in vollen Linien und rechts strichpunktiert gezeigten Führungsposition
um einen gewissen Hub seitlich nach außen weg verschiebbar, so dass
sie in die in 12 rechts
in vollen Linie dargestellten Löseposition
gelangen. Der Ausweichhub der Führungsrollen
beim Lösen
des Fahrschemels von der Führung 17' ist zwar einerseits
ausreichend groß, um
dem Fahrschemel genügend
Bewegungsspielraum während
der Arbeitsphase zu geben, andererseits sollen die Führungsrollen
aus Sicherheitsgründen nicht
vollständig
außerhalb
der Führungsflächen der
prismatischen Führungsschienen
liegen, damit sie bei einem etwaigen, aus welchen Gründen auch immer
verursachten Überschreiten
des Bewegungsspielraumes das Basisteil zumindest angenähert auf Spur
halten können.
Der kurze Ausweichhub der Führungsrollen 59 von
der Führungs-
in die Löseposition
und umgekehrt kann bedarfsweise sehr rasch zurückgelegt und somit der Fahrschemel 16' bei Bedarf
in kürzester
Zeit von der Führung 17' gelöst bzw. wieder
an sie gebunden werden.
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Im Unterschied zu den Industrierobotern 10 und 10' weist das Basisteil 14" des Roboter 10'' gemäß den 12 und 13 unterseitig
vier Luftfederbälge 40'' auf, die jeweils aus zwei übereinander
angeordneten Einzelbälgen
gebildet sind. Zur besseren Unterbringung der vier an den Eckpunkten
eines Quadrates angeordneten Luftfederbälgen ist unterseitig an dem
im Prinzip runden Basisteil 14'' eine quadratische
Zwischenplatte 68 vorgesehen. Unter Zwischenfügung einer
weiteren, einheitlichen, stabilisierenden Zwischenplatte 69 von
ebenfalls quadratischer Form ist gleichachsig zu jedem der Luftfederbälge jeweils
ein dynamisches Luftkissen 41'' angeordnet,
welches sich auf der bodenseitigen Stützplatte zwischen den Führungsschienen 17' reibungsarm abstützt. Das
Basisteil 14'' des Industrieroboters 10'' ist also nicht auf dem Fahrschemel 16', sondern ähnlich wie
im Fall des Roboters 10' (11) auf dem Boden zwischen
den Führungen
abgestützt.
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Im Unterschied zum Roboter 10' ist der Industrieroboter 10'' (12, 13) jedoch permanent, also
auch während
der Beschleunigungs- sowie der Verzögerungsphase und während des
Eilrücklaufes, bodenseitig über die
Luftfederbälge
und die Luftkissen abgestützt.
Die Arbeitsphase einerseits unterscheidet sich also nicht von den
anderen Phasen, nämlich
der Beschleunigungs- und der Verzögerungsphase sowie dem Eilrücklaufe
andererseits bezüglich
des Aspektes, wer das Gewicht des Roboters aufnimmt und es in den
Untergrund ableitet; in allen Phasen geschieht dies durch die Luftfederbälge und die Luftkissen.
Im Normalfall wird das Robotergewicht also stets pneumatisch aufgenommen
und in die Stützplatte 49' abgeleitet.
Der normalerweise vom Robotergewicht entlastete Fahrschemel hat während der
Phasen, in denen die Führungsrollen 59 an
die Führungsschienen 17' angelegt sind,
also während
der Beschleunigungs- sowie der Verzögerungsphase und während des
Eilrücklaufes
die Aufgabe, das Basisteil 14'' lagestabil,
d.h. in Vertikalstellung zu führen,
wobei dank der Vertikalführung 57 kleine
Höhenschwankungen
des Basisteils gegenüber
dem Fahrschemel ohne weiteres auftreten dürfen. Solche kleinen Höhenschwankungen
können
regelmäßig bei
dem erfindungsgemäß vorgenommenen
Wechsel des Basisteils von der Fahrschemelführung zur Werkstückführung und
umgekehrt auftreten. Deshalb ist die erwähnte Vertikalführung 57 zwischen
Basisteil 14'' und Fahrschemel 16' vorgesehen worden.
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Im Notfall, beispielsweise im Fall
eines Defektes eines der Luftfederbälge bzw. der Luftkissen kann
das Robotergewicht auch durch den von den Führungsschienen und den angelegten
Führungsrollen
getragenen Fahrschemel aufgenommen werden; in diesem Fall senkt
sich das Basisteil 16' entlang
der Vertikalführungen 57 bis
zum Anliegen der oberen Anschläge 58 auf
der Vertikalführung
des rahmenartigen Fahrschemels ab. Der Fahrschemel und alle seine
Komponenten müssen
also im Hinblick auf einen solchen Notfall ausreichend stabil ausgelegt sein.
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Damit der Industrieroboter 10'' während der Phasen mit schienenseitig
angelegten Führungsrollen,
also während
der Beschleunigungs- sowie der Verzögerungsphase und während des
Eilrücklaufes sich
auch selbsttätig
in Längsrichtung
bewegen kann, ist der Fahrschemel 16' mit einem Antrieb versehen. Allerdings
erfolgt der Antrieb beim dargestellten Ausführungsbeispiel nicht über die
Führungsrollen 59,
was auch möglich
gewesen wäre.
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Vorliegend ist ein von den Führungsrollen unabhängiger Einfachantrieb
vorgesehen, und zwar je ein Antrieb für die Arbeitsgeschwindigkeit
in Förderrichtung 6 und
ein weiterer Antrieb für
die entgegen gesetzte Richtung, der den Fahrschemel mit Eilganggeschwindigkeit
antreibt. Diese beiden Antriebe sind gegenüber liegend an Antriebskonsolen 66 bzw. 66' im Bereich
der beiden quer zu den Führungsschienen 17' liegenden Rahmenschenkeln
des rahmenartigen Fahrschemels angeordnet. Der während der Beschleunigungs-
und Arbeitsphase wirksame Arbeitsantrieb ist in 12 mittig und in 13 links zu erkennen; der völlig analog
aufgebaute Eilgangantrieb ist nur in 13 rechts
mit wenigen Komponenten erkennbar bzw. angedeutet, weil durch die Führungsschiene
teilweise verdeckt.
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An der Unterseite der Antriebskonsole
ist eine den eigentlichen Antrieb tragende Wippe 63 vertikal
schwenkbar gelagert, wobei die Schwenkachse stark exzentrisch zur
Wippe angeordnet ist, so dass das gegenüber liegende Ende der Wippe
sich heben und senken lässt.
Dieses Ende wird durch eine Rückholfeder 65 in
eine angehobene Position gezogen. Zwischen der Wippe 63 und
der Konsolenunterseite ist im Bereich des heb- und senkbaren Endes
ein mit Druckluft beaufschlagbarer Anpressbalg 64 bzw. 64' angeordnet,
mit dem bedarfsweise die Wippe entgegen der Kraft der Rückholfeder
nach unten gedrückt werden
kann.
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Der unterseitig an der Wippe angebrachte Antrieb
besteht zum einen aus einem beispielsweise pneumatisch beaufschlagbaren
Antriebsmotor 62, der nahe des Schwenklagers der Wippe
angeordnet ist. Der Antrieb besteht ferner aus einer Reibrolle 61, 61', die im Bereich
des heb- und senkbaren Endes der Wippe angeordnet ist und die über eine Übertragungskette
o.dgl. vom Motor aus angetrieben werden kann. Durch Absenken der
Wippe bzw. einer der Reibrollen 61, 61' wird diese,
sofern der Fahrschemel mittels der Führungsrollen 59 in
den Führungsschienen 17' geführt ist,
auf die Stützplatte
angepresst und kann dadurch ihre Antriebskraft entfalten.
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Während
der Beschleunigungs- und der Arbeitsphase wird die Reibrolle 61 des
Arbeitsganges mittels des Luftfederbalges 64 angepresst,
wogegen die Reibrolle 61' des
Eilganges durch eine dortige Rückholfeder
in eine wirkungslose Position angehoben ist; der entsprechende Luftfederbalg 64' ist drucklos.
In diesem Zustand wird der Fahrschemel nach dem Beschleunigen mit
Arbeitsgeschwindigkeit in Förderrichtung 6 angetrieben.
Während
der Verzögerungsphase
und des Eilrücklaufes
ist es umgekehrt, d.h. die Arbeits-Reibrolle 61 ist dann
angehoben und die Eilgangreibrolle 61' pneumatisch abgesenkt. Nachdem
es sich bei den Antriebsmotoren um druckluft-beaufschlagbare Turbomotoren,
im Prinzip also um Turbinen handelt, können diese auch als Bremse
eingesetzt werden. Bereits während
der Verzögerungsphase
des Industrieroboters, also innerhalb der Verzögerungsstrecke 7' ist die Eilgang-Reibrolle 61' angepresst
und wird während
dieser Zeit aufgrund der zu verzögernden
Masse des Roboters entgegen der ihr zugewiesenen Antriebsdrehrichtung in
Rotation versetzt, wodurch sie eine Bremswirkung entfaltet, die
je nach Stärke
der Luftbeaufschlagung des Turbomotors mehr oder weniger hoch dosiert werden
kann. Ist dann der Stillstand des Fahrschemels bzw. des Roboters
erreicht, so geht der turbomotorische Reibrollenantrieb ohne weiteres
und unterbrechungsfrei in den Traktionsmodus über, so dass der Roboter zunächst entgegen
der Richtung 6 beschleunigt und dann mit Eilganggeschwindigkeit angetrieben
wird.
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Beim Übergang von der Beschleunigungs-
in die Arbeitsphase des Industrieroboters 10'',
d.h. wenn positionsgleicher Synchronlauf zwischen Roboter und Werkstück erreicht
ist, wird das Roboterbasisteil zunächst mittels nicht dargestellter
Koppelglieder in einer weiter oben bereits geschilderten Weise an
das Werkstück
angekoppelt und dann der Fahrschemel 14'' von
der Längsführung gelöst, d.h.
die Führungsrollen 59 werden
von den Führungsschienen
abgehoben. Aufgrund der Vertikalführung tritt beim Lösen des
Fahrschemels von der Längsführung kein
Lastwechsel bezüglich
der Aufnahme des Roboter gewichtes statt, so dass auch keine Höhenveränderung
des Basisteils hierbei stattfinden kann. Beim Ankoppeln des Basisteils
an das Werkstück
wird das Basisteil mittels der Koppelglieder in eine vorbestimmte
Relativlage zum Werkstück
reproduziergenau eingefahren. Hierbei kann es, solange der Fahrschemel
noch nicht von der Längsführung gelöst ist, vorübergehend
zu einer tolerierbaren Verzwängung zwischen
Basisteil und Werkstück
bzw. zwischen Basisteil und Fahrschemel kommen. Damit während dieser
kurzen Übergangsphase
sich diese Verzwängungen
zumindest teilweise lösen
und sich nicht zu hohe Spannungen aufbauen können, ist die bereits erwähnte Vertikalführung 57 zwischen
Basisteil und Fahrschemel vorgesehen, die die Vertikalkomponente
etwaiger Verzwängungen
ausgleichen kann, indem eine vertikale Relativverschiebung zwischen diesen
Teilen zugelassen wird. Während
der Arbeitsphase, in der der Fahrschemel von der Längsführung gelöst ist,
hängt der
Fahrschemel funktionslos am Basisteil, wobei die Vertikalführung 57 in
diejenige Endstellung verschoben ist, bei der der obere Anschlag 58 zur
Wirkung kommt.
-
Andererseits wird trotz einer durch
die Vertikalführung
geschaffenen Bewegungsmöglichkeit
die Funktion des Fahrschemels, das Basisteil während der Beschleunigungs-
und Verzögerungsphase
sowie während
des Eilrücklaufs
sicher führen
zu können,
nicht beeinträchtigt.
Sobald das Ende E der Arbeitsstrecke 23 erreicht ist und
der Übergang
in die Führung
des Roboters durch den Fahrschemel eingeleitet werden soll, werden
zunächst
die Führungsrollen 59 um
den weiter oben genannten Querhub zu den Führungsschienen 17' hin zurückgefahren,
wobei sie sich selbsttätig
an deren prismatische Führungsflächen anlegen
und dadurch den Fahrschemel höhenrichtig
zu den Führungsschienen
ausrichten und zentrieren. Nachdem auch während dieser Übergangsphase
das Basisteil zunächst
noch an das Werkstück
angekoppelt bleibt, bis der Fahrschemel vollständig und ordnungsgemäß auf die
Führungsschienen "aufgegleist" ist, kann es erneut
zu gewissen Verzwängungen
kommen, die sich jedoch dank der erwähnten Vertikalführung zumindest
teilweise ausgleichen können,
indem ein relativer Vertikalhub zwischen Basisteil und Fahrschemel
zugelassen wird. Anschließend
kann die Koppelung des Basisteils mit dem Werkstück gelöst werden, so dass etwaige,
vorübergehend
verbliebene Verzwängungen sich
vollständig
lösen.
Der Roboter kann nun verzögert
und anschließend
im Eilgang zum Ausgangspunkt der Arbeitsstation zurückbewegt
werden.
-
- 1
- Rollenförderbahn
- 1'
- Hängeförderbahn
(6, 7)
- 2
- Tragrollen
- 3
- Karosserie
- 4
- Krosserieträger für 1
- 4'
- C-förmiges Fördergehänge (6, 7)
- 5
- Adapterschiene
- 5'
- Adaptergestell
- 6
- Förderrichtung
- 7
- Beschleunigungsstrecke
- 7'
- Verzögerungsstrecke
- 8
- Bereitstellungstisch
- 9
- Zubauteile
- 10
- Industrieroboter
(1 – 6)
- 10'
- Industrieroboter
(11)
- 10''
- Industrieroboter
(12, 13)
- 11
- Arbeitsarm
- 12
- Roboterwerkzeug
- 13
- Steuerschrank
- 14
- Basisteil
(1–6, 8, 9)
- 14'
- Basisteil
(11)
- 14''
- Basisteil
(12, 13)
- 15
- Fahrschemel
(1–5)
- 16
- Fahrschemel
(11)
- 16'
- Fahrschemel
(12, 13)
- 17
- Führungsschienen
für 15, 16
- 17'
- Führungsschienen
für 16' , (12, 13)
- 18
- Schlupfkupplung
(überbrückbar)
- 19
- Zahnstange
- 20,
20'
- untere
Koppelstange
- 21
- vorderer
Koppelstangenteil
- 22
- hinterer
Koppelstangenteil
- 23
- Arbeitsstrecke
- 24
- oberer
Koppelausleger (2)
- 25
- Greifer
- 26
- Mittelsäule an 3
- 27
- oberer
Koppelausleger (3)
- 28
- Sauggreifer
- 29
- untere
Koppelstange (4)
- 30
- Koppelschwert
- 31
- untere
Koppelstange (5)
- 32
- Koppelausleger
an 14 (5)
- 33
- Sauggreifer
(5)
- 34
- Koppeltubus
- 35
- Koppelplatte
- 36
- Stützschulter
an 43
- 37
- Kopf
an 44
- 38
- Ringkolben
- 39
- Ringzylinder
- 40
- Luftfederbalg
(1–6, 8, 9)
- 40'
- Luftfederbalg
(11)
- 40''
- Luftfederbalg
(12, 13)
- 41
- dynamisches
Luftkissen (8, 9)
- 41'
- dynamisches
Luftkissen (11)
- 41''
- dynam.
Luftkissen (12, 13)
- 42
- Tragplatte
von 14
- 43
- Fixierbolzen
- 44
- Klemmbolzen
- 45
- Klemmzylinder
- 46
- Fixierbohrung
in 42
- 47,
47'
- Luftanschlüsse für 40, 41
- 48
- Öffnung unten
an 41
- 49
- Stützplatte
für 40, 41 an 15
- 49'
- Stützplatte
für 40', 41' am Boden
- 50
- Gleitführung an 21
- 51
- Schlitten
- 52
- Fixierschraube
- 53
- Führungszapfen
an 52
- 54
- Schleppkettenförderer in 1' für 4'
- 55
- Mitnehmer
an 4' für 54
- 56
- Führungsrollen
an 16' für 17'
- 57
- Vertikalführung zwi. 14'' und 16'
- 58
- Endanschläge an 57
- 59
- Führungsrollen
an 16'/67 für 17'
- 60
- Kraftmesssensor
an 20, 20'
- 61
- Reibrolle,
Arbeitsgang
- 61'
- Reibrolle,
Eilgang
- 62
- Antriebsmotor
für 61
- 63
- Wippe
für 61, 62
- 64,
64'
- Anpressbalg
für 61, 61'
- 65
- Rückholfeder
für 63
- 66
- Antriebskonsole,
Arbeitsgang
- 66'
- Antriebskonsole,
Eilgang
- 67
- Führungsarm
an 16' für 59
- 68
- Zwischenplatte
an 14''
- 69
- Zwischenplatte
zwi. 40'' u. 41''
- 70
- Weggeber
für Längskomponente
(1)
- 71–73
- unbenutzt
- 74
- Antriebszahnrad
- A
- Anfangspunkt
von 23
- E
- Endpunkt
von 23
- W
- Warteposition,
Anfangspunkt von 7
- U
- Umkehrposition,
Endpunkt von 7'