DE19620195C1 - Füge- oder Trennmodul für Industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Füge- oder Trennmodul zum Feinpositionieren und/oder Montieren bzw. Demontieren von Teilen oder von Werkzeugen an Werkstücken unter Vibrationsunterstützung insbesondere für einen Industrieroboter, mit einem bewegbaren und mindestens zwei Platten umfassenden Vibratorkopf, an dessen einer Platte ein Teile- oder Werkzeuggreifer angeordnet ist, wobei die zwei Platten parallel zu einer werkstückabgewandten Basis des Vibratorkopfs verlaufen und gegenüber dieser jeweils entlang einer Längsrichtung oszillierend antreibbar sind, so daß der Teile- oder Werkzeuggreifer in einer Ebene vibrierend bewegbar ist.

Aus der DE 38 22 435 C2 ist eine Montageeinrichtung zum Feinpositionieren und Montieren von Teilen unter Vibrationsunterstützung für einen Industrieroboter mit einem, wie vorstehend beschrieben, ausgebildeten Vibratorkopf bekannt. Mit dieser Montageeinrichtung wurden Positionsabweichungen bei der sog. Bolzen-Loch-Problematik dadurch gelöst, daß eine vibrierende Bewegung des Bauteilgreifers in einer Ebene erzeugt wird, so daß bei der Bewegung die IST- und SOLL-Position des zu montierenden Bauteils zu einem Zeitpunkt zufällig in Übereinstimmung gebracht werden und dann die entsprechende Montagebewegung ausgeführt wird. In dieser Druckschrift wurde auch darauf hingewiesen, daß bei der vorbekannten Montageeinrichtung die Möglichkeit besteht, die Positionsabweichung mittels eines Sensors festzustellen und durch ein Feinpositioniersystem eine Korrektur der IST-Position durchzuführen. Eine werkzeugunterstützte Montage bzw. Demontage von Bauteilen ist jedoch nicht möglich.

Aus der DE 41 08 317 C2 ist eine an einem Roboter einsetzbare Vorrichtung zum Positionieren von Bauteilen bekannt, bei der ein stangenförmiger Bauteilegreifer mit radial sich erstreckenden Leiterschleifen vorgesehen ist. Durch Zusammenwirken der Leiterschleifen mit Permanentmagnetfeldern ist der Bauteilgreifer umdrehbar. Hierdurch kann ein angularer Orientierungsausgleich der zu montierenden Bauteile durchgeführt werden. Eine Drehmomentübertragung, insbesondere bei höheren Drehzahlen ist jedoch nicht möglich.

Schwingungs- bzw. Vibrationsbewegungen können bei dieser Vorrichtung ebenfalls nicht ausgeführt werden.

Aus der DT 26 40 256 A1 ist ein Bearbeitungszentrum bekannt, wobei mehrere Arbeitsköpfe über Schlitten entlang dreier Achsen linear verfahrbar sind. Die Arbeitsköpfe können über eine Kupplung einen in einem Magazin bevorrateten Werkzeughalter aufnehmen. Am Schlittern ist ein Antriebsmotor für ein rotierend antreibbares Werkzeug in dem Werkzeughalter vorgesehen. Anregungen zur Weiterbildung eines gattungsgemäßen Moduls lassen sich dieser Druckschrift nicht entnehmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Füge- oder Trennmodul der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, das also sowohl zum Feinpositionieren und/oder Montieren bzw. Demontieren von Bauteilen, wie dies bereits bei der DE 38 22 435 C2 durchführbar ist, als auch zur Handhabung von Werkzeugen bzw. zur werkzeugunterstützten Montage und Demontage geeignet ist. Das Füge- oder Trennmodul soll dabei eine kompakte Bauart aufweisen und auf wirtschaftliche Weise herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Füge- oder Trennmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Füge- oder Trennmodul lassen sich hohe Antriebsmomente bei insbesondere hohen Drehzahlen auf ein rotierend antreibbares Werkzeug übertragen. Als Drehantriebsverbindung kann bspw. eine flexible, biegsame Welle oder auch eine Kardanwellenverbindung zwischen der Drehantriebseinheit und dem umdrehbar gelagerten Teile- oder Werkzeuggreifer vorgesehen sein. Durch die umdrehbare Lagerung des Teile- oder Werkzeuggreifers in der Durchtrittsöffnung der werkstückseitigen Platte läßt sich eine vibrationsunterstützte Toleranzausgleichsbewegung oder auch Suchbewegung für Montage- und Demontagevorgänge durchführen. Dadurch, daß die beiden Platten entlang zweier in einem Winkel zueinander verlaufender Längsrichtungen bewegbar sind, läßt sich das Füge- oder Trennmodul auch zum Feinpositionieren eines Bauteils oder eines an einer bestimmten Stelle anzusetzenden Werkzeugs verwenden. Bei rotierend antreibbaren Werkzeugen war eine solche Feinpositionierung bislang nur durch eine Nachsteuerung des Roboterarms möglich, was aufwendig und aufgrund der zu bewegenden Massen auch nicht zufriedenstellend durchgeführt werden konnte.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden zugleich geringere Anforderungen an die Feinpositioniergenauigkeit des Roboters gestellt, wodurch die Kosten für Rechenleistung und Steuerung verringert werden können. Es kann somit auch die Standzeit des Roboters erhöht werden, und es können auch bereits verfügbare Roboter mit geringerer Positioniergenauigkeit eingesetzt werden.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Übertragung einer Drehbewegung realisiert wurde, lassen sich Prozesse, wie z. B. das Auffinden einer beliebigen Schraube mit anschließendem Entschrauben, Aufbohren, Formfräsen o. dgl., durchführen. Gegenüber der aus der DE 38 22 435 C2 bekannten Montageeinrichtung wird eine höhere Prozeßflexibilität bei gleichbleibender Positionier- und Fügegenauigkeit erzielt.

Die Verwendung einer Hubmagnetanordnung zum Feinpositionieren und Oszillieren der Platten gegeneinander bzw. gegenüber der Basis des Vibratorkopfs hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da sich hiermit eine lineare Bewegung sehr einfach erzeugen und sehr genau steuern läßt. Es ergibt sich auch die Möglichkeit, die Frequenz- und Schwingungsamplitude bei einem Vibrationsantrieb der beiden Platten im niederen Frequenzbereich von weniger als 50 Hz, vorzugsweise von 0 Hz bis 40 Hz und in besonders vorteilhafter Weise von 0 Hz bis 20 Hz einstellen zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Füge- oder Trennmoduls ist eine Arretiereinheit zum Festlegen der Position der Platten am Vibratorkopf vorgesehen, die bei der Durchführung einer reinen Rotationsbewegung an einer feinpositionierten Stelle zur Einhaltung der Prozeßanforderungen, wie z. B. Rundlauf oder zur Gewährleistung der Prozeßsicherheit betätigt ist. In besonders vorteilhafter Weise umfaßt die Arretiereinheit eine Klemmeinrichtung, die vorzugsweise pneumatisch ansteuerbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die werkstückabgewandte Platte über eine erste Linearführung direkt an der Basis des Vibratorkopfs längsverschieblich gehalten, und die werkstückseitige Platte ist über eine zweite Linearführung an dieser werkstückabgewandten Platte gehalten. Dadurch wird gewährleistet, daß der Bauteile- oder Werkzeuggreifer unabhängig von der Stellung der Platten zueinander bzw. zur Basis des Vibratorkopfs in einer Ebene bewegt wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Füge- oder Trennmoduls;

Fig. 2 eine Ansicht einer vom Werkstück abgewandten Basisplatte des Füge- oder Trennmoduls nach Fig. 1 von unten;

Fig. 3 eine Ansicht der vom Werkstück abgewandten Mittelplatte des Füge- oder Trennmoduls nach Fig. 1 von unten; und

Fig. 4 eine Seitenansicht des Füge- und Trennmoduls.

Das in der perspektivischen Ansicht der Fig. 1 bzw. in der Seitenansicht der Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füge- oder Trennmoduls ist in der Form eines an einem Roboterarm montierbaren und insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Vibratorkopfs ausgebildet. Der Vibratorkopf 2 umfaßt eine werkstückabgewandte Basisplatte 4, die starr an dem nicht dargestellten Roboterarm oder auch einer feststehenden Maschinenkomponente montierbar ist, sowie zwei weitere auf der Werkstückseite der Basisplatte 4 vorgesehene Platten 6 und 8 und einen an der Platte 8 gehaltenen Teile- oder Werkzeuggreifer 10. Die Platte 6 ist über eine Linearführung 12 längsverschieblich an der Basisplatte 4 gehalten, und die Platte 8 ist parallel zu der Basisplatte 4 und der Platte 6 verlaufend über eine entsprechende Linearführung 14 an der Platte 6 gehalten. Die Längsverschieberichtung der Linearführungen 12 und 14 verlaufen senkrecht zueinander und parallel zur Basisplatte 4, so daß die in der Fig. 1 untere Platte 8 in ihrer parallel zu der Basisplatte 4 verlaufenden Ebene gegenüber der Basisplatte 4 verschiebbar ist.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist in der Basisplatte 4 sowie in den Platten 6 und 8 jeweils eine Durchtrittsöffnung 16, 18 bzw. 20 zur Durchführung einer Drehantriebsverbindung 22 zwischen dem rotierend antreibbaren Bauteile- oder Werkzeuggreifer 10 und einer Drehantriebseinheit 24 vorgesehen, die auf der werkstückabgewandten Seite der Basisplatte 4 montiert ist. Es wäre jedoch auch denkbar, daß die Drehantriebseinheit 24 an der Unterseite der Basisplatte 4 oder aber an dem Roboter selbst angeordnet ist. Als Drehantriebsverbindung 22 kommt insbesondere eine flexible biegsame Welle oder eine kardangelenkartige Kupplung 23 zwischen zwei starren Wellenabschnitten in Frage (Fig. 4). Die Durchtrittsöffnung 18 in der Platte 6 ist dabei im Querschnitt größer als der Durchmesser der Drehantriebsverbindung, so daß eine Bewegung der Platten 6, 8 gegenüber der Basisplatte 4 möglich ist. Der Teile- oder Werkzeuggreifer 10 ist in der Durchtrittsöffnung 20 der werkstückseitigen Platte 8 in einer Lagerbuchse 26 umdrehbar gelagert und folgt somit einer Bewegung der Platte 8 in der Ebene parallel zu der werkstückabgewandten Basisplatte 4.

Zum Antrieb der werkstückseitigen Platte 8 bzw. des Teile- oder Werkzeugsgreifers 10 in der genannten Ebene ist jeder Linearführung 12, 14 ein Tauchankermagnetantrieb 28 bzw. 30 zugeordnet, der entlang der Führungen 12 bzw. 14 eine Positionierbewegung oder eine Schwingbewegung der Platte 6 gegenüber der Basisplatte 4 bzw. der Platte 8 gegenüber der Platte 6 bewirkt. Die Rückstellbewegung wird im dargestellten Fall über Druckfedern 36 bzw. 38 erreicht. Durch Überlagerung der beiden senkrecht zueinander verlaufenden Schwingbewegungen kann eine vibrierende Bewegung des Teile- oder Werkzeuggreifers 10 in einer Ebene erzeugt werden und zur Durchführung von Toleranzausgleichsstrategien oder Suchstrategien bei Montage- und Demontagevorgängen benutzt werden. Durch die Möglichkeit des rotierenden Antriebs des Teile- oder Werkzeuggreifers 10 lassen sich Drehmomente übertragen, so daß eine Schraube gelöst, eine Öffnung aufgebohrt oder ein Formfräsvorgang durchgeführt werden kann, oder es können Bauteile, insbesondere drehunterstützt an Werkstücken montiert oder von Werkstücken abgenommen werden. Für den ausschließlichen Rotationsantrieb sind zwischen den gegeneinander bewegbaren Platten 4, 6, 8 Arretiereinrichtungen 40 bzw. 42 vorgesehen, die als pneumatisch steuerbare Klemmeinrichtungen ausgebildet sind.

Zwischen den gegeneinander bewegbaren Platten 4, 6 bzw. 6, 8 ist überdies ein induktiver Wegmeßsensor 50 bzw. 52 vorgesehen, um die Position der Platten 6, 8 gegenüber der Basisplatte 4 exakt feststellen zu können, was zum Feinpositionieren durch Ansteuerung des Tauchankermagnetantriebs erforderlich ist.

Mit den Bezugszeichen 60, 62 sind Durchbrüche in der Basisplatte 4 und der Platte 6 für Leitungen zur Stromversorgung, Meßdatenerfassung und Pneumatik bezeichnet.

Claims (9)

1. Füge- oder Trennmodul zum Feinpositionieren und/oder Montieren bzw. Demontieren von Teilen oder von Werkzeugen an Werkstücken unter Vibrationsunterstützung, insbesondere für einen Industrieroboter, mit einem bewegbaren und mindestens zwei Platten (6, 8) umfassenden Vibratorkopf (2), an dessen einer Platte (8) ein Teile- oder Werkzeuggreifer (10) angeordnet ist, wobei die zwei Platten (6, 8) parallel zu einer werkstückabgewandten Basis (4) des Vibratorkopfs verlaufen und gegenüber dieser jeweils entlang einer Längsrichtung oszillierend antreibbar sind, so daß der Teile- oder Werkzeuggreifer (10) in einer Ebene vibrierend bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Platten (6, 8) je eine Durchtrittsöffnung (18, 20) für eine Drehantriebsverbindung des Teile- oder Werkzeuggreifers (10) mit einer auf der werkstückabgewandten Seite der Platten (6, 8) angeordneteten Drehantriebseinheit (24) vorgesehen ist, wobei die werkstückseitige Platte (8) den Teile- oder Werkzeuggreifer (10) umdrehbar lagert, und daß zum Feinpositionieren des Teile- oder Werkzeuggreifers (10) die beiden Platten (6, 8) gegeneinander bzw. gegenüber der Basis (4) des Vibratorkopfs (2) positionierend verstellbar sind, wobei der positionierende und der oszillierende Antrieb der Platten über jeweils eine mit einem federnden Rückstellmittel (36, 38) zusammenwirkende Hubmagnetanordnung (28, 30) erfolgt.

2. Füge- oder Trennmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung eines Rotationsantriebs des Teile- oder Werkstückgreifers (10) eine Arretiereinheit (40, 42) zum Festlegen der Position der Platten (6, 8) am Vibratorkopf (2) vorgesehen ist.

3. Füge- oder Trennmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinheit (40, 42) eine Klemmeinrichtung umfaßt.

4. Füge- oder Trennmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung pneumatisch steuerbar ist.

5. Füge- oder Trennmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die werkstückabgewandte Platte (6) über eine erste Linearführung (12) an der Basis (4) des Vibratorkopfs (2) längsverschieblich gehalten ist und daß die werkstückseitige Platte (8) über eine zweite Linearführung (14) an der werkstückabgewandten Platte (6) gehalten ist.

6. Füge- oder Trennmodul nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Schwingungsamplitude im niederen Frequenzbereich von weniger als 50 Hertz, vorzugsweise von 0 bis 20 Hertz einstellbar ist.

7. Füge- oder Trennmodul nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchtrittsöffnung (22) der werkstückseitigen Platte (8) eine Lagerbuchse (26) als Drehdurchführung montiert ist.

8. Füge- oder Trennmodul nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Linearführungen ein Wegmeßsensor (50, 52) zugeordnet ist, um eine Verlagerung zwischen den Platten (6, 8) bzw. zwischen der werkstückabgewandten Platte (6) und der Basis (4) des Vibratorkopfs (2) messen zu können.

9. Füge- oder Trennmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teile- oder Werkzeuggreifer (10) in einer Ebene an einem beliebigen Ort positionierbar ist.