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Die
Erfindung betrifft eine Entnahme- und Ablagevorrichtung für Werkstücke, insbesondere Bremsscheiben,
die mit Hilfe einer Greifeinrichtung eines Roboters einem Transportbehälter entnehmbar und
auf einer Zuführeinrichtung
ablegbar sind, mit einer Lageänderungseinrichtung,
insbesondere einer Wendeeinrichtung, durch welche die Werkstücke aus einer
Greiflage in eine definierte Endlage bewegbar sind, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 37 36 813 A1 ist eine Entnahme- und Ablagevorrichtung
der eingangs genannten Art bekannt. Die Offenlegungsschrift offenbart
eine Fertigungsstraße
für Scheibenbremsbeläge mit mehreren
Bearbeitungsstationen, zwischen denen ein Manipulator verfahrbar
ist. Der Manipulator ist mit einem Greifer ausgestattet. Zwischen
zwei Bearbeitungsstationen ist eine Wendestation angeordnet. Die
bekannte Entnahme- und Ablagevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Komponenten,
wie Hubvorrichtungen und Vereinzelungseinrichtungen, und ist kompliziert
aufgebaut.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 36 12 144 A1 betrifft ein Verfahren und
eine Einrichtung zur Bestimmung der Greiferposition von Handhabungsautomaten
und insbesondere zur Lageerkennung und Zentrierung von zu greifenden
Teilen. Um ein Ver fahren zu schaffen, das es erlaubt, während des Greifvorgangs
direkt die Werkstücklage
und Position bzw. den Abstand zwischen Werkstück und Greifer zu messen, um
daraus die Steuerbefehle für
den Roboter zu erzeugen, ist das Aufnahmesystem, beispielsweise
eine Halbleiterkamera, in der Handwurzel des Greifers so angebracht,
dass dessen Blickwinkel den Greifbereich überstreicht und anhand des aufgenommenen
Bildes die Lage des zu greifenden Objekts bestimmt wird. Aus der
britischen Offenlegungsschrift
GB 2 063 514 A ist ein programmierbarer Roboter
mit einem Videosystem bekannt.
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Aus
HK-Holz und Kunststoffverarbeitung, Juli/August ist ein Machine-Vision-System
bekannt, durch das ungeordnete Gussteile aus einer Plastikbox gepickt
werden, um sie anschließend
in einer definierten Lage weiter zu verarbeiten. Bei dem bekannten
System wird ein Roboter von einer an einem Effektor fest installierten
Kamera unterstützt.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
33 28 753 C2 ist ein Verfahren zur Abbildung einer Szene bekannt,
bei dem ein einziges bewegliches periodisches Muster auf eine Szene
projiziert wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Entnahme- und Ablagevorrichtung gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1 so auszubilden, dass die Greiflage eines mit Hilfe
der Greifeinrichtung aus dem Transportbehälter entnommenen Werkstücks auf
einfache Art und Weise nur dann verändert wird, wenn es nötig ist. Dabei
soll die erfindungsgemäße Vorrichtung
einfach aufgebaut und kostengünstig
herstellbar sein.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Entnahme- und Ablagevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Die erfindungsge mäße Entnahme-
und Ablagevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Greiflageerfassungseinrichtung,
welche die Greiflage eines mit Hilfe der Greifeinrichtung aus dem
Transportbehälter
entnommenen Werkstücks erfasst
und so mit der Lageänderungseinrichtung
zusammenwirkt, dass das Werkstück
nur dann mit Hilfe der Lageänderungseinrichtung
bewegt wird, wenn die Greiflage von der gewünschten Endlage abweicht, wobei
die Lageänderungseinrichtung
eine in einer Ablageoberfläche
vorgesehene Wendemulde aufweist und ein zu wendendes Werkstück mit Hilfe der
Greifeinrichtung in der Wendemulde abgelegt und mit Hilfe der Greifeinrichtung
in der gewünschten Endlage
wieder ergriffen wird, wobei der Transportbehälter im Erfassungsbereich einer
Ausgangslageerfassungseinrichtung angeordnet ist, welche die Ausgangslage
der Werkstücke
in dem Transportbehälter
erfasst und so mit der Greifeinrichtung zusammenwirkt, dass die
Greifeinrichtung jeweils das am günstigsten positionierte Werkstück greift.
Die in dem Transportbehälter
enthaltenen Werkstücke
können
in verschiedenen Lagen oder Positionen abgelegt sein. Mit dem Begriff
Lage oder Position ist im Zusammenhang mit den Begriffen Ausgangslage,
Greiflage und Endlage die relative Lage oder Position der Werkstücke bezeichnet
und nicht deren absolute Lage oder Position. Aus Platzgründen kann
eine Hälfte
der Werkstücke
in einer von der gewünschten
Endlage abweichenden Lage, zum Beispiel auf dem Kopf stehend, angeordnet
sein, so dass es erforderlich ist, diese Werkstücke vor dem Ablegen auf der
Zuführeinrichtung
zu wenden. Die andere Hälfte
der Werkstücke
kann bereits in der gewünschten
Endlage angeordnet sein, so dass ein Wenden dieser Werkstücke nicht
erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Entnahme- und Ablagevorrichtung
mit der Greiflageerfassungseinrichtung gewährleistet, dass nicht alle Werkstücke mit
Hilfe der Lageänderungseinrichtung gewendet
werden, sondern nur die Werkstücke,
die sich in einer von der gewünschten
Endlage abweichenden Greiflage befinden. Durch die Kombination der
Greiflageerfassungseinrichtung mit einer einfachen Lageänderungseinrichtung
kann der anlagentechnische Aufwand klein gehalten werden.
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Die
zu wendenden Werkstücke
werden mit Hilfe der Greifeinrichtung gegebenenfalls mehrfach in
der Wendemulde abgelegt und wieder ergriffen, bis sie sich in der
gewünschten
Endlage befinden.
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Der
Transportbehälter
ist im Erfassungsbereich einer Ausgangslageerfassungseinrichtung
angeordnet, welche die Ausgangslage der Werkstücke in dem Transportbehälter erfasst
und so mit der Greifeinrichtung zusammenwirkt, dass die Greifeinrichtung
jeweils das am günstigsten
positionierte Werkstück
greift. Dadurch wird verhindert, dass die in dem Transportbehälter enthaltenen
Werkstücke
beim Greifen derselben in Unordnung geraten.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Greiflageerfassungseinrichtung einen Laserscanner umfasst.
Mit dem Laserscanner kann die Greiflage der einzelnen Werkstücke ausreichend
genau erfasst werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und
Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wendemulde
eine im Wesentlichen senkrecht zu der Ablageoberfläche und
eine im Wesentlichen schräg
zu der Ablageoberfläche
verlaufende Seitenwand umfasst. Die im Wesentlichen senkrecht verlaufende
Seitenwand ermöglicht
ein Kippen des Werkstücks
relativ zu der Ablageoberfläche.
Die im Wesentlichen schräg
zu der Ablageoberfläche
verlaufende Seitenwand ermöglicht
ein Umlegen des Werkstücks
in eine gegenüber
der Ausgangslage um 180° verdrehte
Endlage.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und
Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, der
zwischen der Ablageoberfläche
und der im Wesentlichen senkrecht zu der Ablageoberfläche verlaufenden
Seitenwand eingeschlossen ist, etwa 80° bis 110°, insbesondere 90°, beträgt. Diese
Werte haben sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen
zum Kippen des Werkstücks
als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und
Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, der
zwischen der im Wesentlichen schräg zu der Ablageoberfläche verlaufenden
Seitenwand und der Ablageoberfläche
eingeschlossen ist, etwa 130° bis
140°, insbesondere
135°, beträgt. Diese
Werte haben sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen
zum Umlegen des Werkstücks
als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und
Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen senkrecht
zu der Ablageoberfläche
und die im Wesentlichen schräg
zu der Ablageoberfläche
verlaufenden Seitenwände
gegenüberliegend
angeordnet sind. Dadurch wird die Handhabung des Werkstücks beim
Wenden vereinfacht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und
Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangslageerfassungseinrichtung
einen Laserscanner umfasst. Mit dem Laserscanner kann die Ausgangslage
der einzelnen Werkstücke
ausreichend genau erfasst werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Entnahme- und
Ablagevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung
einen Magnetgreifer umfasst. Der Magnetgreifer liefert den Vorteil,
dass sich ein Werkstück,
das zum Beispiel an einer Kante gegriffen wird, relativ zu der Greifeinrichtung
bewegen kann, ohne dass es herunterfällt. Der Einsatz von Vakuumgreifern
ist auch denkbar.
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Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in
der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen
beschrieben ist.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellug eines Ausführungsbeispieles erfindungsgemäßen Entnahme-
und Ablagevorrichtung in perspektivischer Ansicht;
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2 ein
Abstapelschema für
Bremsscheiben in einem Transportbehälter;
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3 eine
Bremsscheibe und einen Magnetgreifer in der Seitenansicht;
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4 eine
Wendemulde und eine Zuführeinrichtung
in der Seitenansicht und
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5 bis 23 schematische
Darstellungen verschiedener Able legestrategien in Abhängigkeit
von der Lage des Werkstücks
bezogen auf die Greifer.
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In 1 ist
eine Entnahme- und Ablagevorrichtung perspektivisch, schematisch
dargestellt. In einem oben offenen Transportbehälter 1 sind Bremsscheiben 2, 3 gestapelt.
Die Bremsscheiben 2, 3 werden mit Hilfe eines
Roboters 5 aus dem Transportbehälter 1 entnommen.
Der Roboter 5 weist einen ersten Arm 6 auf, der
um eine Drehachse 7, die senkrecht zum Boden angeordnet
ist, drehbar gelagert ist. Ein zweiter Arm 8 ist über ein
erstes Gelenk 9 mit dem ersten Arm 6 verbunden.
Ein dritter Arm 10 ist über
ein zweites Gelenk 11 mit dem zweiten Arm 8 verbunden.
An dem freien Ende des dritten Arms 10 ist ein Magnetgreifer 12 um
eine Drehachse 13 drehbar gelagert.
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Durch
einen Pfeil 15 ist angedeutet, dass die aus dem Transportbehälter 1 entnommenen
Bremsscheiben 2, 3 mit Hilfe des Roboters 5 zu
einer Zuführeinrichtung 18 transportiert
werden. Bei der Zuführeinrichtung 18 handelt
es sich um ein Förderband,
das die Bremsscheiben 2, 3 zu einer (nicht dargestellten)
Bearbeitungsmaschine fördert.
An einem Ende der Zuführeinrichtung 18 ist
ein Ablagetisch 20 mit einer Ablageoberfläche 21 angeordnet.
In der Ablageoberfläche 21 ist
eine Wendemulde 22 ausgebildet. Die von dem Magnetgreifer 12 gegriffenen Bremsscheiben 2, 3 werden,
wenn sie bereits die richtige Lage aufweisen, direkt auf dem Förderband 18 abgelegt.
Wenn die Bremsscheiben 2, 3 noch nicht die gewünschte Endlage
aufweisen, werden sie mit Hilfe der Wendemulde 22 und der
Ablageoberfläche 21 in
die gewünschte
Endlage gebracht. An dem Ablagetisch 20 ist seitlich ein
Laserscanner 23 angebracht, der die Lage erfasst, in welcher
der Magnetgreifer 12 die Bremsscheibe 2, 3 greift.
Diese Lage wird daher als Greiflage bezeichnet. Wenn die Greiflage
bereits mit der gewünschten
Endlage übereinstimmt,
wird die Bremsscheibe 2, 3 direkt auf dem Förderband 18 abgelegt.
Wenn die Greiflage nicht mit der gewünschten Endlage übereinstimmt,
wird die Bremsscheibe 2, 3 zunächst auf dem Ablagetisch 20 abgelegt
und gewendet.
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Oberhalb
des Transportbehälters 1 ist
zusätzlich
ein Laserscanner 33 angeordnet, der die Ausgangslage der
in dem Transportbehälter 1 gestapelten
Bremsscheiben 2, 3 erfasst. Die von dem Laserscanner 33 gelieferten
Daten über
die Ausgangslage der Bremsscheiben 2, 3 werden
zur Steuerung des Roboters 5 beim Entnehmen der Bremsscheiben 2, 3 aus
dem Transportbe hälter 1 verwendet.
Die beiden Laserscanner 23, 33 stehen über eine
(nicht dargestellte) Steuereinrichtung mit der Steuerung des Roboters 5 in
Verbindung.
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In 2 ist
das Abstapelschema der Bremsscheiben 2, 3 in dem
Transportbehälter 1 schematisch
anhand einer Lage Bremsscheiben 24 bis 27 in der
Seitenansicht dargestellt. Vier Bremsscheiben 24 bis 27 sind
abwechselnd in zwei verschiedenen Lagen oder Positionen abgelegt.
Die Bremsscheiben 24 bis 27 umfassen jeweils eine
Kreiszylinderscheibe 28, von der ein Kreiszylinder 29 ausgeht,
der einen deutlich kleineren Durchmesser aufweist als die Kreiszylinderscheibe 28.
Die Bremsscheiben 24 bis 27 haben im Wesentlichen
die Gestalt eines Huts, dessen Krempe von der Kreiszylinderscheibe 28 gebildet
wird. Die Bremsscheiben 24 und 26 sind mit der
Krempe 28 nach unten und die Bremsscheiben 25 und 27 mit
der Krempe 28 nach oben in dem Transportbehälter 1 abgelegt.
Die Anordnung ist so gewählt,
dass zwischen zwei Krempen 28 der Bremsscheiben 24 und 26 der
Kreiszylinder 29 der Bremsscheibe 25 angeordnet
ist. Dadurch ist es möglich,
im Sinne einer möglichst
hohen Packungsdichte, möglichst
viele Bremsscheiben 2, 3 in dem Transportbehälter 1 unterzubringen.
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In 3 ist
eine Bremsscheibe 30 in der Seitenansicht mit der Krempe
nach unten dargestellt. Oberhalb der Bremsscheibe 30 ist
ein Magnetgreifer 31 angeordnet.
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In 4 ist
ein Ablagetisch 40 mit einer Ablageoberfläche 41 im
Schnitt dargestellt. In der Ablageoberfläche 41 ist eine Wendemulde 42 mit
einem Boden 43 ausgebildet. Von dem Boden 43 erstreckt sich
eine Seitenwand 44 senkrecht zu der Ablageoberfläche 41.
Der Winkel α,
der zwischen der Ablageoberfläche 41 und
der senkrechten Seitenwand 44 eingeschlossen ist, beträgt also
90°. Gegenüberliegend
zu der Seitenwand 44 ist eine Seitenwand 45 ausgebildet,
die schräg
zu der Ablageoberfläche 41 verläuft. Der
Winkel β,
der zwischen der Ablageoberfläche 41 und
der Seitenwand 45 eingeschlossen ist, beträgt 135°. Unterhalb
des Ablagetischs 40 ist ein Zuführ- oder Förderband 47 schematisch
dargestellt.
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In
den 5, 7, 8, 10, 11, 12, 19, 20 sind
jeweils eine Bremsscheibe 30 und ein Magnetgreifer 31 sowohl
in der Seitenansicht als auch in der Untersicht in verschiedenen
Lagen zueinander dargestellt. Je nach Lage der Bremsscheibe 30 ist
es erforderlich, deren Lage zu ändern,
wie es in den 6, 9, 13 bis 18 und 21 bis 23 schematisch
dargestellt ist. Im Folgenden werden die verschiedenen Strategien
zum Verändern
der Lage der Bremsscheiben 30 und zum Ablegen derselben
anhand der 5 bis 23 erläutert. Dabei
wird davon ausgegangen, dass die Lage einer Bremsscheibe 30 mit der
Krempe nach unten und dem Kreiszylinder nach oben der gewünschten
Endlage entspricht.
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In 5 sieht
man, dass die Krempe 28 der Bremsscheibe 30 bereits
unten angeordnet und das freie Ende des Kreiszylinders 29 dem
Magnetgreifer 31 zugewandt ist. In der Untersicht sieht
man, dass der Greifer 31 konzentrisch zu der Bremsscheibe 30 angeordnet
ist. In diesem Fall muss die Lage der Bremsscheibe 30 nicht
verändert
werden, und die Bremsscheibe 30 kann direkt auf dem Förderband 47 abgelegt
werden, wie in 6 angedeutet ist.
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In 7 sieht
man, dass zwar die Krempe 28 der Bremsscheibe 30 unten
angeordnet ist, aber die Bremsscheibe 30 nicht konzentrisch
zu dem Magnetgreifer 31 angeordnet ist. In 8 ist
angedeutet, dass in diesem Fall der Greifer 31 um 90° um seine Drehachse
(13 in 1) in die Hauptrichtung gedreht werden
muss, die in 8 durch einen Pfeil 50 ange deutet
ist und der Förderrichtung
des Förderbands 47 entspricht.
In 9 ist angedeutet, dass die Bremsscheibe 30 nach
dem Verdrehen des Magnetgreifers 31 auf dem Förderband 47 abgelegt
werden kann.
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In 10 ist
die Krempe 28 der Bremsscheibe 30 oben angeordnet
und befindet sich in Anlage an dem Magnetgreifer 31. Der
Kreiszylinder 29 ist nach unten gerichtet. Die Bremsscheibe 30 ist
konzentrisch zu dem Magnetgreifer 31 angeordnet. In 11 ist
eine der 10 vergleichbare Anordnung dargestellt,
wobei die Bremsscheibe 30 allerdings nicht konzentrisch
zu dem Magnetgreifer 31 angeordnet ist. In einer solchen
Situation muss der Magnetgreifer 31, wie in 12 angedeutet
ist, zunächst um
90° um seine
Drehachse in die Hauptrichtung gedreht werden, wie durch einen Pfeil 51 angedeutet ist.
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Bei
den in den 10 und 12 dargestellten
Lagen der Bremsscheibe 30 ist es erforderlich, diese zu
wenden, um sie in die gewünschte
Endlage mit der Krempe 28 nach unten zu bringen.
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In 13 ist
angeordnet, dass der Kreiszylinder 30 zunächst auf
der Kante zwischen der Ablageoberfläche 41 und der senkrechten
Seitenwand 44 aufgesetzt wird. In 14 sieht
man, dass die Bremsscheibe 30, wenn der Magnetgreifer 31 loslässt, zum
Teil in die Wendemulde 42 fällt. Der Abstand zwischen den
beiden Seitenwänden 44 und 45 ist
etwas kleiner als der Durchmesser der Krempe 28. Dadurch
wird gewährleistet,
dass die Krempe 28 auf der Kante zwischen der Ablageoberfläche 41 und
der senkrechten Seitenwand 44 aufliegt, wie in 14 dargestellt
ist. Die Bremsscheibe 30 wird also einfach am Muldenrand
aufgesetzt und losgelassen.
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In 15 ist
angedeutet, dass die Bremsscheibe 30 mit dem Magnetgreifer 31 am äußeren Rand
der Krempe 28 neu gegriffen wird. Das entgegengesetzte
Ende der Krempe 28 kommt an der schrägen Seitenwand 45 zur
Anlage. In 16 ist angedeutet, dass der
Magnetgreifer 31 gegenüber der
in 15 dargestellten Position so weit nach rechts
verlagert wird, bis die Unterseite der Krempe 28 an der
schrägen
Seitenwand 45 zur Anlage kommt. Der größte Teil der Krempe 28 ist,
wie in 16 zu sehen ist, oberhalb der
Ablageoberfläche 41 angeordnet.
Wenn der Magnetgreifer 31 die Bremsscheibe 30 loslässt, kommt
dieser mit der Krempe 28 auf der Ablageoberfläche 41 zur
Auflage, wie in 17 angedeutet ist. Die Bremsscheibe 30 hat
also ihre gewünschte
Endlage mit dem Kreiszylinder 29 nach oben erreicht und
wird mit dem Magnetgreifer 31 neu gegriffen. In 18 ist
angedeutet, dass die Bremsscheibe 30 dann auf dem Förderband 47 abgelegt
werden kann.
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In 19 hat
der Greifer 31 die Bremsscheibe 30 seitlich an
der Krempe 28 gegriffen. Außerdem ist die Bremsscheibe 30,
wie aus der Untersicht hervorgeht, schräg zur Hauptrichtung angeordnet,
die der Förderrichtung
des Förderbands 47 entspricht und
in 20 mit einem Pfeil 52 angedeutet ist.
Der Magnetgreifer 31 muss also geringfügig verdreht werden, um in
die in 20 dargestellte Lage zu kommen.
Dann ist es möglich,
die Bremsscheibe 30, wie in 21 angedeutet
ist, direkt auf dem Zuführband 47 abzulegen.
Dabei ist darauf zu achten, dass die Förderrichtung des Förderbands 47,
die in 21 durch einen Pfeil 52 angedeutet
ist, zur Unterseite der Bremsscheibe 30 gerichtet ist.
In 22 sieht man, dass in diesem Fall die Förderwirkung
des Förderbands 47 dafür sorgt,
dass die Bremsscheibe 30 mit der Krempe 28 auf
dem Förderband 47 zur
Anlage kommt. In 23 sieht man, dass sich die
Bremsscheibe 30 in der gewünschten Endlage auf dem Förderband 47 befindet
und der Greifer 31 loslassen kann.
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Die
zuvor beschriebene Entnahme- und Ablagevorrichtung funktioniert
wie folgt. Zunächst
wird mit dem Laserscanner 33 die Bremsscheibe 25, 27 erfasst,
die sich in der günstigsten
Position zur Entnahme befindet. Diese wird dann mit dem Magnetgreifer 12 gegriffen
und zum Ablagetisch 20 transportiert. Der zweite Laserscanner 23 erfasst
die Greiflage und über
eine entsprechende Steuerung oder einem Computer wird ein Vergleich
mit der gewünschten
Endlage durchgeführt.
Wenn die Greiflage von der gewünschten
Endlage abweicht, wird die Greiflage durch eine der in den 5 bis 23 dargestellten
Greif- und Ablagestrategien verändert.
Wenn die gewünschte
Endlage erreicht ist, wird die Bremsscheibe 30 auf dem
Förderband 47 abgelegt.
Wenn die Greiflage bereits der gewünschten Endlage entspricht,
wird die Bremsscheibe 30 direkt auf dem Förderband 47 abgelegt.