DE202011103280U1

DE202011103280U1 - Entnahme- und Ablagevorrichtung

Info

Publication number: DE202011103280U1
Application number: DE202011103280U
Authority: DE
Original assignee: Zahoransky AG
Current assignee: Zahoransky AG
Priority date: 2011-07-16
Filing date: 2011-07-16
Publication date: 2011-12-13
Anticipated expiration: 2021-07-17

Abstract

Umlegevorrichtung (1) für Werkstücke (3) die in einem Entnahmebehälter (2) ungeordnet vorhanden sind, das ein Scanner zur Lageermittlung der Werkstücke (3) vorhanden ist und das ein Umlegehandling (7) mit Greifvorrichtung (7a) zum Entnehmen eines Werkstücks (3) aus dem Entnahmebehälter (2) vorhanden ist und das eine Ablageeinheit (9) zum Ablegen der Werkstücke (3) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass ein Teil oder mehrere Teile der Innenwände (2b2; 2c2; 2d2) und/oder die gesamten Innenwände des Entnahmebehälters (2) aus Wänden besteht, bei denen der Winkel (W3), Boden zu Innenwand, größer als 90° ist.

Description

Die Erfindung beinhaltet eine Umlegevorrichtung bei der Werkstücke, insbesondere Bürstengriffe, von einem Schüttgutbehälter, in dem die Werkstücke farblich unsortiert und lagespezifisch undefiniert abgelegt wurden, auf eine Ablageeinheit, farblich sortiert und lagerichtig, abgelegt werden.
Bisher wurden Werkstücke über aufwendige Schieber und Rütteltechniken vereinzelt bevor sie in einer definierten Lage abgelegt werden konnten.
Will man aus einem Schüttgutbehälter Werkstücke die unsortiert ineinander liegen herausnehmen, muss man zuerst die Lage der einzelnen Werkzeuge ermitteln und anschließend kann man ein Werkstück, das oben auf dem Stapel liegt, entnehmen.
Da die Behälter, in dem das Schüttgut liegt, häufig Kisten mit senkrechten Wänden sind, muss zum Ermitteln der Lage der Werkzeuge ein Kamerasystem eingesetzt werden, das Eigenschaften auf der Werkstückoberfläche erkennt und daraus die Lage bestimmen kann.
Es kann auch ein Laserscanner, der die Entfernung der Werkstücke über ein Licht-Laufzeit-Verfahren bestimmt, eingesetzt werden. Diese Laserscanner kennt man aus den führerlosen Fahrzeugen, dort werden sie in Fahrtrichtung angebracht und scannen pausenlos den Gefahrenbereicht. Dieser Scanner kann, nach unten gerichtet, über die Schüttgutbehälter bewegt werden und es entsteht eine Punktwolke die über ein Rechenprogramm zu der Lage der Werkstücke führt.
Werden über Kamerasysteme oder Laserscanner Eigenschaften eines Schüttguts erkannt, können zwar die X- und Y-Koordinaten des Werkstücks bestimmt werden, jedoch bei der Bestimmung der Z-Koordinate sind diese Systeme sehr ungenau. Der Abstand wird häufig über Sensoren, die am Greifer angebracht sind erkannt.
Ein Laserscanner, der über ein Licht-Laufzeit-Verfahren die Position der Werkstücke bestimmt, kann auch die X- und Y-Koordinaten sehr gut bestimmen, aber die Entfernungsbestimmung hat eine Ungenauigkeit, die im Bereich von 10 mm liegt.
Werden kleine Gegenstände aus einem Schüttgutbehälter mit senkrechten Wänden gegriffen, kann, insbesondere wenn nur noch einzelne Werkstücke vorhanden sind und diese noch am Rand liegen, der Greiferkopf mit der Innenwand des Schüttgutbehälters kollidieren.
Die Erfindung soll kleine Werkstücke, bis zur Größe eines Millimeters, erkennen können. Die Werkstücke sollen auch entnommen werden können, wenn sie als letztes an der Außenwand des Schüttgutbehälters liegen. Die Werkstücke sollen farblich sortiert abgelegt werden. Die Entnahme und Übergabe der Werkstücke vom Stückgutbehälter soll so schnell wie möglich erfolgen.
Um eine sehr genaue Topografie des Schüttguts zu erhalten, soll das Triangulationsverfahren zum Erkennen der Werkstücklage eingesetzt werden.
Bei der Entfernungsmessung über das Triangulationsverfahren sendet eine Lichtquelle einen Laserpunkt nach vorne aus. Der Laserpunkt trifft auf einen Gegenstand und sendet von dort ein gestreutes Licht in den Raum. In einem bestimmten Abstand neben der Laserquelle sitzt ein Empfangselement, das den Lichtpunkt über eine Linse auf einem Sensor abbildet. Je nachdem wo der Lichtpunkt auf dem Sensor abgebildet wird, kann der Einfallswinkel des Lichtpunktes in der Kamera gemessen werden. Mit dem Einfallswinkel des Lichtpunkts und dem Abstand des Sensors zur Lichtquelle kann über ein trigonometrisches Rechenverfahren der Abstand Lichtquelle – Gegenstand berechnet werden.
Will man mehrere Gegenstände, die nebeneinander liegen, messen, bewegt man die Lichtquelle fächerförmig um den Lichtpunkt herum. Auf dem Sensor (Kamerasensor) wird ein Profil ähnlich eines Höhenprofils abgebildet.
Will man das Profil eines kompletten Raums bestimmen, muss die Lichtquelle linear über den kompletten Raum bewegt werden. Dies kann über eine lineare Bewegung oder eine Schwenkbewegung erfolgen. Ob der Sensor mit bewegt wird oder nicht, ist rein rechnerisch unbedeutend. Da in der Industrie bei präzisen Messungen die Lichtquelle und der Empfangssensor innerhalb eines Gehäuses sitzen, werden Lichtquelle und Sensor meistens synchron bewegt.
Um die Entnahme von kleinen Gegenständen aus der Ecke des Schüttgutbehälter entnehmen zu können, sollen die direkt an den Boden grenzenden Wänden nicht senkrecht, sondern in einem Winkel größer 90° beginnen.
Die farbliche Erkennung der Werkstücke soll über einen Farbsensor erfolgen, der am Greifer befestigt ist, oder das Werkstück fährt für kurze Zeit an einem stationären Farbsensor vorbei.
Wenn ein Werkstück aus dem Schüttgutbehälter entnommen wird und in der Ablageeinheit nicht einsortiert werden kann, weil die Position des Greifers es nicht zulässt, soll eine Zwischenablageeinheit gebildet werden, in der der Greifer das Werkstück ablegt um es an einer anderen Stelle erneut greifen zu können.
Will man als Schüttgutbehälter einen Trigonometriescanner verwenden, muss man den Trigonometriescanner drehbar über die Mitte des Schüttgutbehälters anbringen, da bei einer linearen Bewegung der Bereich in den unteren Ecken nicht erfasst wird.
Da bei unserer Erfindung die Innenwände des Schüttgutbehälters nach außen geneigt sind, kann der Trigonometriescanner linear über den Schüttgutbehälter bewegt werden.
Wenn man mehrere Schüttgutbehälter in der Richtung anordnet, in der der Trigonometriescanner bewegt wird, kann während ein Werkstück eines Schüttgutbehälters entnommen wird, der andere alternierend gescannt werden. Man spart dadurch erheblich Zeit.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt zum Teil etwas schematisiert:
1 zeigt eine Umlegevorrichtung 1 bei der zwei Schüttgutbehälter 2 mit mehreren Werkstücken 3 gefüllt sind. Aus dem linken Schüttgutbehälter 2 entnimmt der Greifer 7a ein Werkstück 3. Der rechte Schüttgutbehälter 2 wird mit dem Triangulationsscanner 4 in Richtung D5 gescannt. Der Triangulationsscanner 4 ist auf einem beweglichen Wagen 5a montiert der sich Mithilfe von Aktoren auf den Schienen 5b bewegt. Die nicht dargestellten Aktoren können mechanisch elektrisch pneumatisch oder hydraulisch angetrieben werden. Um schlecht gegriffene Werkstücke erneut zu greifen ist eine Zwischenablageeinheit 8 mit mehreren Greifern 8a ausgerüstet, hier kann das Umlegehandling 7 die Werkstücke ablegen und erneut an einer anderen Position greifen. Die Ablageeinheit 9 ist mit Ablagefächer 9a ausgestattet, auf der die Werkstücke 3 farblich sortiert abgelegt werden können. Die Ablagefächer 9a können aus stationären Fächern bestehen, wobei ein weiteres hier nicht gezeichnetes Umlegehandling die Werkstücke 3 dann entnehmen muss. Die Ablageeinheit 9 mit den Ablagefächer 9a kann auch aus einem angetriebenen Transportband bestehen, wobei die abgelegten Werkstücke 3 zu einer Seite hin transportiert werden. Dort können sie von einem Einfach- oder Mehrfachgreifer entnommen werden. Die Steuereinheit 6 steuert den Ablauf der Umlegevorrichtung.
2 zeigt eine Umlegevorrichtung wie in 1 jedoch wird der linke Schüttgutbehälter 2 mittels des Triangulationsscanners 4 ebenfalls in Richtung D5 gescannt. Das Umlegehandling 7 hält mittels des Greifers 7a das Werkstück 3 fest, und bringt es zur Ablageeinheit 9. Der Farbsensor 7b ermittelt währenddessen die Farbe des Werkstücks, dann kann das Werkstück in das entsprechende Ablagefach 9a eingelegt werden.
3 bis 9 erklärt die geometrischen Eigenschaften eines Triangulationsscanners 4.
10 bis 11 zeigt die Problemlösung Triangulationsscanner 4 – Schüttgutbehälterwand 2a2; 2b2; 2c2; 2d2.
12 bis 15 zeigt die Problemlösung Umlegehandling 7 – Schüttgutbehälterwand 2a2; 2b2; 2c2; 2d2.
16 zeigt, wie während das Werkzeug 3 mittels des Greifers 7a gegriffen wird, der Farbsensor 7b über einen Lichtstrahl 7c die Farbe des Werkzeugs 3 erkennt.
Eine sehr wichtige Eigenschaft der Umlegevorrichtung 1 ist die hohe Taktzeit, das heißt, die schnelle Entnahme des Werkstücks 3 aus dem Entnahmebehälter 2 und die schnelle Übergabe an die Ablageeinheit 9.
Eine sehr wichtige Rolle bei der Entnahme der Werkstücke 3 aus dem Entnahmebehälter 2 ist die Ermittlung der korrekten und exakten Lage der Werkstücke 3. Ist die Lage der Werkstücke 3 ungenau, muss der Greifer 7a des Umlegehandlings 7 einen sehr großen Greiferweg haben oder man kann die Werkstücke 3 nur mit einem Sauggreifer oder gefederten Magneten erfassen.
Das Scannen mit einem Laserscanner nach dem Licht-Laufzeit-Verfahren bringt eine Genauigkeit von cirka 10 mm, ähnlich verhalt es sich bei der Erkennung über die Kameratechnik. Erst der Triangulationsscanner 4 bringt eine Auflösung die besser 1 mm ist.
In 1 und 2 bewegt sich der Triangulationsscanner 4 linear über die Entnahmebehälter 2, dabei sendet der Triangulationsscanner 4 fächerförmig einen Lichtstrahl über den Querschnitt des Entnahmebehälters 2, dies ist in der Sendefläche 4a dargestellt. Wenn die Sendefläche 4a auf einen Gegenstand trifft, werden Lichtpunkte an den Empfangschip des Triangulationsscanners 4 zurückgeworfen. Der gesamte Empfangsbereich 4b kann in einer zweidimensionalen Darstellung nicht korrekt angezeigt werden, deshalb wird hierfür nur die Empfangsfläche der Mittelebene dargestellt. Die Winkel W1 und W2 begrenzen den Empfangsbereich 4b.
In 3 bis 5 wird der vorhandene Triangulationsscanner 4 in drei verschienenen Ansicht dargestellt. Wird der Empfangschip des Triangulationsscanners 4 nur teilweise ausgefüllt, kann der Triangulationsscanner 4 näher an den Entnahmebehälter 2 positioniert werden, der Abstand S1 wird kleiner und die Winkel W1 und W2 werden größer – siehe 6 und 7. Wird der Empfangschip des Triangulationsscanners 4 jedoch überschritten, muss der Triangulationsscanner weiter vom Entnahmebehälter entfernt werden, der Abstand S1 wir größer und die Winkel W1 und W2 werden kleiner. Um eine größt mögliche Auflösung des Triangulationsscanners 4 zu erhalten muss der Abstand S1 diesbezüglich optimiert werden.
Da der Empfangsbereich 4b des Triangulationsscanners 4 in einem seitlichen Winkel zur Sendefläche 4a steht, würde bei einem Entnahmebehälter 2 mit senkrechten Innenwänden 2a2 eine Abschattung von nahe an der Wand liegenden Werkstücke 3 entstehen – siehe 10. Abhilfe kann geschaffen werden, wenn man anstatt einer senkrechten Innenwand 2a2 eine schräge Innenwand 2b2 wählt. Hier sollte man darauf achten, dass ein Freiwinkel W4 zwischen Empfangsbereich 4b des Triangulationsscanners 4 und der Innenwand 2b2 des Entnahmebehälters 2, entsteht, der größer Null ist. Bei den Entnahmebehältern 2 in 14 und 15 muss ebenfalls darauf geachtet werden, dass der Empfangsbereich 4b nicht abgeschattet wird.
Ein einfacher Triangulationsscanner 4 erfasst nur diejenigen Werkstücke 3 bei der die Sendefläche 4a und der Empfangsbereich 4b direkten Sichtbezug hat. Um Abschattungen des Entnahmebehälters 2 (senkrechte Innenwände 2a2) und Abschattungen durch andere Werkstücke 3 zu verhindern, können auch Triangulationsscanner 4 mit mehrfachen Empfangsbereichen 4b eingesetzt werden. Sind die Empfangsbereiche 4b symmetrisch zur Sendefläche 4a, nennt man das ein Doppeltriangulationsscanner. Wenn Lichtpunkte von beiden Empfangsbereichen 4b erkannt werden, kann die korrekte Position des Werkstücks 3 durch Überlagerung beider Messwerte exakter bestimmt werden.
In 12 ist zu sehen, dass das Umlegehandling 7 bei der Entnahme eines Werkstücks 3 an die senkrechte Innenwand 2a2 des Entnahmebehälters 2 stoßen würde. Um dem Umlegehandling Platz zu verschaffen, sollten die Innenwände 2b2; 2c2; 2d2 der Entnahmebehälter 2 in einem Winkel W3 der größer als 90° ist, nach außen gehen. Dieser Winkel W3 sollte dann an allen Innenwänden (Vier bei Rechteckbehälter) vorhanden sein.
Werkstücke 3 die nach der Entnahme durch das Umlegehandling 7 auf einer instabilen Position stehen, können durch einen hier nicht gezeigten Rüttelmechanismus, der den Entnahmebehälter 2 kurzzeitige in Schwingung versetzt, korrigiert werden.
Werden zwei Entnahmebehälter 2 verwendet kann einer von beiden gescannt werden, während bei dem anderen Entnommen wird. Wir jeder Entnahmebehälter 2 zweimal hintereinander gescannt, auf dem Weg nach außen und beim Rückweg, können beide Kurven verglichen werden, und es wird eine Bewegung innerhalb der Werkstücke 3 sichtbar. Bei zu großen Unterschieden kann die Messung wiederholt werden.
Die Vorrichtung 1 eignet sich für alle Art von Werkstücken 3, insbesondere für Bürsten, Bürstenkörper, Teile von Bürsten, Bürstenabdeckung, Bürstenverpackungen, gespritzte Formteile aus Kunststoff, Spritzenkörper und Nadeln.

Claims

Umlegevorrichtung (1) für Werkstücke (3) die in einem Entnahmebehälter (2) ungeordnet vorhanden sind, das ein Scanner zur Lageermittlung der Werkstücke (3) vorhanden ist und das ein Umlegehandling (7) mit Greifvorrichtung (7a) zum Entnehmen eines Werkstücks (3) aus dem Entnahmebehälter (2) vorhanden ist und das eine Ablageeinheit (9) zum Ablegen der Werkstücke (3) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass ein Teil oder mehrere Teile der Innenwände (2b2; 2c2; 2d2) und/oder die gesamten Innenwände des Entnahmebehälters (2) aus Wänden besteht, bei denen der Winkel (W3), Boden zu Innenwand, größer als 90° ist.
Umlegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Innenwände des Entnahmebehältes (2) zum Boden des Entnahmebehältes (2) Winkel haben können, die kleiner oder gleich 90° sind.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner auf einer linearen Bewegungseinheit (5a) montiert ist die sich auf einer feststehenden Bahn (5b) befindet und die Mithilfe von Aktoren bewegt werden kann.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner (4) ein Triangulationsscanner (4) ist.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner (4) ein Doppeltriangulationsscanner oder ein Mehrfachtriangulationsscanner ist.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner (4) ein Laserscanner ist.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere insbesondere zwei Entnahmebehälter (2) vorhanden sind, und/oder das die Entnahmebehälter in Scannrichtung (D5) des Scanners (4) angeordnet sind.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werkstücke (3) mit unterschiedlichen Formen und/oder Farben und/oder Werkstoffen vorhanden sind.
Umlegevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Werkstücke (3) in einem oder mehreren Entnahmebehälter gemischt und/oder sortiert vorhanden sind.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Scanner (4) vorhanden sind.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbsensor (7b) an dem Umlegehandling (7) oder der Greifvorrichtung (7a) vorhanden ist.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stationärer Farbsensor in der Reichweite des Umlegehandlings (7) vorhanden ist.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenablage (8) in der Reichweite des Umlegehandlings (7) vorhanden ist und/oder das auf der Zwischenablage (8) mindestens ein Greifer vorhanden ist.
Umlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rüttelmechanismus an dem Entnahmebehälter (2) vorhanden ist.