Die Erfindung bezieht sich auf eine roboterisierte
numerisch gesteuerte Handhabungsvorrichtung, die insbesondere
für die Handhabung von unterschiedlich großen Metallblechen
beim Biegen geeignet ist. Im besonderen bezieht sich die
Erfindung auf eine Handhabungsvorrichtung, die zur Verwendung
als integraler Teil einer automatisierten Blechbiegepreßein
richtung geeignet ist, und auf die Biegeeinrichtung als
ganze.
Alle bekannten Handhabungsvorrichtungen haben einen
physischen Aufbau, der für die Handhabung von Metallblechen,
die erheblich in der Größe variieren, schlecht geeignet ist.
Der Grund hierfür liegt darin, daß sie üblicherweise einen
einzelnen verlängerbaren Dreharm aufweisen, an welchem ein
Rahmen mit einer Anzahl von, üblicherweise magnetischen
(Magnete) oder pneumatischen (Sauger), Aufnehmervorrichtungen
aufgebracht ist. Handhabungsvorrichtungen der genannten Art
haben eine Reihe von Nachteilen: Ihre Funktion ist durch den
Rahmen begrenzt; die Vorrichtung selbst ist in hohem Maße
platzaufwendig; das Aufnehmerteil muß zur Handhabung von
Blechen unterschiedlicher Größe ausgetauscht werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Handhabungsvorrich
tung zu schaffen, welche in ihrem Aufbau einfach, in der
Herstellung billig und außerdem kompakt ist und eine
wirkungsvolle Handhabung von Blechen unterschiedlicher Größe
sowie die Verwendung mechanischer Aufnehmerteile bietet.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine roboterisierte,
numerisch gesteuerte Handhabungsvorrichtung geschaffen, mit
einem Aufnehmerteil für ein Zusammenwirken mit einem Blech
so, daß dieses koplanar zu einer Aufnehmerebene durch das
Aufnehmerteil festgelegt wird, und Mitteln zum ausgewählten
Bewegen des Aufnehmerteils in eine Anzahl unterschiedlicher
Lagen, insbesondere für ein automatisches Biegen von Blech
auf einer Biegepresse, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
das Aufnehmerteil tragenden und eine Drehung desselben um
zwei zueinander senkrechte Achsen gestattenden Kopf und
zugehörige Trägerelemente für den Kopf aufweist, die für
eine Bewegung desselben in gesteuerter Weise und in Bezug auf
ein Bezugssystem längs dreier kartesischer Achsen eingerich
tet sind, wobei der Kopf ein erstes motorisch betriebenes
Element, welches direkt das Aufnehmerteil trägt und mit
diesem starr verbunden ist, wobei das erste Element um eine
zur Aufnehmerebene senkrechte erste der zueinander senkrech
ten Achsen drehbar ist, und ein zweites motorisch betriebenes
Element aufweist, welches drehbar das erste motorisch
betriebene Element haltert und seinerseits so an den
Trägerelementen angebracht ist, daß es um eine zur Aufnehmer
ebene parallele zweite der zueinander senkrechten Achsen
drehbar ist, wobei die Trägerelemente so eingerichtet sind,
daß sie die zweite Achse ohne Änderung ihrer Lage in Bezug
auf das Bezugssystem verschieben.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Auf diesen zeigt bzw. zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Handhabungs
vorrichtung gemäß der Erfindung und eine diese Vorrichtung
zeigende Blechbiegeeinrichtung,
Fig. 2 und 3 in vergrößertem Maßstab eine teilge
schnittene Seiten- bzw. Draufsicht einer Einzelheit der
Vorrichtung der Fig. 1,
Fig. 4 eine Seitenansicht und Vorrichtung und Einrich
tung gemäß Fig. 1,
Fig. 5 bis 9 schematische Arbeitsdarstellungen der
Vorrichtung der Fig. 1.
1 in den Fig. 1 bis 4 bezeichnet eine automatisierte
Einrichtung zum Biegen von Metallblechen 2, insbesondere zur
Herstellung von Kästen 3. Die Einrichtung 1 umfaßt eine
Biegepresse 4 irgendeiner bekannten Art, eine roboterisierte
Handhabungsvorrichtung 5, die durch eine bekannte elektro
nische Einrichtung 6, beispielsweise einen Mikroprozessor,
gesteuert wird, einen Speicher 7 für Bleche 2, und eine
Entlade- und Transportvorrichtung 8 für fertige Kästen 3. Die
Presse 4 umfaßt einen Oberstempel 9 und einen Unterstempel
10, die einander zugekehrt und parallel zueinander angeordnet
und so aufeinander abgestimmt sind, daß ein zwischen den
Stempeln 9 und 10 angeordnetes Blech 2 (Fig. 6 und 7) längs
einer zur Längsachse der Presse 4 parallelen geraden Achse C
(Fig. 5), im folgenden auch als "Biegeachse" bezeichnet,
abgebogen wird. In Bezug auf die Vorrichtung 5 hinter der
Biegeachse C und der Vorrichtung 5 gegenüber, weist die
Presse 4 außerdem eine bewegliche, numerisch gesteuerte
rückwärtige Meßlehre 11 im wesentlichen bekannten Typs auf,
die durch die Einrichtung 6 oder eine ähnliche, nicht
dargestellte Einrichtung gesteuert wird und an der Presse 4
für ein Zusammenwirken mit dem Blech 2 zur Bestimmung von
dessen Lage fest angebracht ist. Gemäß der Erfindung weist
die rückwärtige Lehre 11 jedoch wenigstens ein Paar von
linearen Positionsgebern 12 irgendeines bekannten Typs
(Potentiometer, optische Skale usw.) auf, die einen verhält
nismäßig langen Meßweg (meßbar in Zentimeter) haben und für
ein Zusammenwirken mit dem durch die Vorrichtung 5 gehandhab
ten Blech 2 zur Bestimmung der Lage des Blechs 2 in Bezug auf
die Biegeachse C eingerichtet sind, und folglich die
Einrichtung 6, nämlich über eine Leitung 13, mit einem
Steuersignal versehen, welches die Einrichtung 6 in die Lage
versetzt, die Lage des Blechs 2 durch geeignete Steuerung der
Vorrichtung 5 zu korrigieren. Gemäß der Erfindung ist die
Vorrichtung 5 direkt auf und verbunden mit der Presse 4,
insbesondere auf einem zur Achse C parallelen Bettelement 14
derselben angebracht, so daß für die notwendige Steifigkeit
der Vorrichtung 5 unter Ausnutzung des Gewichts der Presse 4
selbst gesorgt ist. Abhängig von der Art von Presse 4
(beweglicher Oberstempel oder beweglicher Unterstempel) kann
das Element 14 einen Teil des Betts der Presse 4 bilden, in
welchem Fall die Vorrichtung 5 in Bezug zum Oberstempel 9
fest ist, oder es kann Teil eines beweglichen Trägeraufbaus
für den Unterstempel 10 sein, in welchem Fall während des
Betriebs der Presse 4 die Vorrichtung 5 zusammen mit dem
Element 14 und dem Unterstempel 10 zum feststehenden
Oberstempel 9 hin angehoben wird.
Die Vorrichtung 5 ist eine einarmige Vorrichtung mit
einem Aufnehmerteil 15 irgendeiner Art, das so eingerichtet
ist, daß es mit einem einzelnen Blech 2 zusammenwirkt und
dieses koplanar zu einer Aufnahme- bzw. Aufnehmerebene durch
das Aufnehmerteil 15 festlegt, so daß das Blech 2 gezwungen
ist, fest verbunden mit und im wesentlichen koplanar zu dem
Aufnehmerteil 15 zu wandern. Sie umfaßt ferner einen Kopf 16
der damit fest verbunden das Aufnehmerteil 15 trägt und eine
Drehung desselben um zwei zueinander senkrechte Achsen A und
B (Fig. 1, 2 und 3) ermöglicht, sowie Trägerelemente für den
Kopf 16, die so eingerichtet sind, daß sie diesen bezüglich
eines Bezugssystems, dessen Koordinaten in der Einrichtung 6
gespeichert sind und das in Bezug auf die Achse C festliegt,
längs dreier kartesischer Achsen, insbesondere längs einer
zur Achse C parallelen und in einem gegebenen festen Abstand
von dieser liegenden Achse X und in einer zur Achse X
senkrechten Ebene, im gezeigten Beispiel gemäß einer Polar-
Referenz Y, Z, bewegen. Die den Kopf 16 tragenden Elemente
umfassen eine gerade Basis 18, vorzugsweise mit U-Quer
schnitt, die festverbunden am Bettelement 14 so angebracht
ist, daß ihre Längsachse parallel zu und zusammenfallend mit
der X-Achse ist; einen motorisch angetriebenen Schlitten 19
bekannten Typs, der beispielsweise durch einen ersten
Schrittmotor 20 mit einer Kodiereinrichtung oder einem
anderen ähnlichen Lagegeber angetrieben wird und so einge
richtet ist, daß er längs der Basis 18 in Richtung der X-
Achse läuft; eine gerade Säule 21, die auf einem zweiten
motorisch angetriebenen Schlitten 22 sitzt, der so eingerich
tet ist, daß er auf dem Schlitten 19 längs eines Zahnsektors
23 aufgrund seiner Lage in einer zur X-Achse senkrechten
Ebene über eine zur Laufrichtung des Wagens 19 senkrechte
gekrümmte Bewegungsbahn Y läuft; und einen geraden Arm 24,
der quer am oberen Ende der Säule 21 senkrecht zur Basis 18
und X-Achsenlaufrichtung des Schlittens 19 angebracht ist.
Der Schlitten 22 wird beispielsweise durch einen eine
zugehörige Codiereinrichtung aufweisenden Schrittmotor 25
angetrieben, und die Säule 21, die ihrerseits beispielsweise
durch einen weiteren Schrittmotor 26 mit einer zugehörigen
Codiereinrichtung angetrieben wird, läuft längs ihrer
Längsachse auf dem Schlitten 22 in Richtung Z senkrecht zu
der und in der gleichen Ebene liegend wie die Richtung Y und
damit auch senkrecht zur X-Achse und Laufrichtung des
Schlittens 19.
Der Arm 24 weist weitere zwei Motoren und Lagegeber, 27
und 28, für den Kopf 16 und eine den Kopf 16 halternde
Endgabel 30 auf. Gemäß der Erfindung umfaßt der Kopf 16 ein
erstes Element 31, welches das Teil 15 direkt haltert und mit
diesem starr verbunden ist, sowie ein zweites Element 32,
welches das Element 31 direkt haltert, aber vom Element 15
getrennt ist und seinerseits auf der Endgabel 30 gehaltert
wird, in der es zusammen mit dem Rest des Kopfes 16 aufgenom
men ist. Das Element 31 wird in bekannter Weise (nicht
gezeigt) durch den Motor 27 angetrieben und ist am Element 32
so angebracht, daß es um eine Achse A dreht, während Element
32 in bekannter Weise (nicht gezeigt) durch den Motor 28
angetrieben wird und an der Endgabel 30 so angebracht ist,
daß es um eine Achse B dreht. Gemäß der Erfindung sind die
Elemente 31 und 32 kreuzweise ineinaner so angebracht, daß
ihre Drehachsen A und B einander schneiden. Die Achsen A und
B, zu welchen koaxial die Elemente 31 und 32 drehen, sind
dabei senkrecht bzw. parallel zur Aufnahmeebene des Bleches 2
angeordnet. Mit anderen Worten, der Kopf 16 ist so aufgebaut,
daß die Achse A senkrecht zur Ebene des Aufnehmerteils 15 und
des durch dieses festgehaltenen Blechs 2 liegt, während die
Achse B parallel und im wesentlichen koplanar zu dem Blech 2
liegt. Die Drehachse B des Elements 32 liegt auch parallel
zur Achse X und streng parallel zum Oberstempel 9 und damit
auch zur Achse C. Aus diesem Aufbau der den Kopf 16 haltenden
Elemente folgt auch, daß, wie auch immer die Vorrichtung 5
betrieben wird, d. h. mit Einzelbewegung der Schlitten 19 und
22 und der Säule 21 oder gemeinsamer Bewegung derselben in
irgendeine Richtung, sich die Achse B zusammen mit dem Kopf
16 ohne eine Änderung ihrer Lage in Bezug auf das in der
Einrichtung 6 gespeicherte Bezugssystem und feststehend in
Bezug auf die Achse C bewegt. Das heißt, die Achse B bleibt
stets parallel zur Biegeachse C der Presse 4, mit der die
Handhabungsvorrichtung 5 verbunden ist.
Gemäß der Erfindung besteht das Aufnehmerteil 15 aus
einem mechanischen Greifer, welcher ein Paar von parallelen,
einander gegenüberliegenden Backen 33 und 34 mit einem T-
förmigen horizontalen Querschnitt aufweist, sowie einem,
vorzugsweise hydraulischen oder pneumatischen, linearen
Steller 35 bekannter Art, der so eingerichtet ist, daß er die
Backen 33 und 34 senkrecht zu ihren Ebenen und längs seiner
eigenen Symmetrieachse bewegt. Der Steller 35 ist so
angeordnet, daß seine Achse mit der Drehachse A zusammenfällt
und besteht aus Gründen der Größe vorzugsweise aus einem Paar
von in Reihe angeordneten luftbetriebenen Zylindern. Die
Backe 33 ist festverbunden mit dem Element 31 vorgesehen,
welches aus einer im Element 32 angebrachten zylindrischen
Muffe besteht und sich um die Achse A auf Lagern 36 dreht.
Andererseits ist die Backe 34 mit einer Stange 37 des
Stellers 35 festverbunden vorgesehen, wobei die Stange 37
ihrerseits frei und koaxial in der Muffe 31 angebracht ist.
Um eine unerwünschte Drehung zu verhindern, sind die Backen
33 und 34 an den den Aufnahmerändern 40 entgegengesetzten
Enden durch ein Paar von Verbindungsstäben 42 gelenkig
miteinander verbunden, die miteinander und mit den Backen 33
und 34 gelenkig verbunden sind. Das Element 32 ist seiner
seits koaxial zur Achse B am Arm 24 mittels Bolzen 44
angelenkt, die frei auf zugehörigen Lagern 45 angebracht
sind. Der Arm 24 ist im wesentlichen parallelepipedisch und
symmetrisch in Bezug auf eine Achse D (Fig. 3), welche die
Achsen A und B im gleichen Punkt schneidet, so daß das
Element 31 und das damit festverbundene Aufnehmerteil 15 über
einen Bogen schwenken können, der symmetrisch in Bezug auf
eine zur Biegeachse C senkrechte Ebene und insbesondere
symmetrisch in Bezug auf die Achse D ist. Zur Ermöglichung
einer wirkungsvollen störungsfreien Handhabung der Bleche 2
muß sich das Element 32 um die Achse B mindestens um einen
Bogen von 235° drehen können, während sich gleichzeitig das
Element 31 um die Achse A um einen Bogen von mehr als 180°
drehen können muß. Dafür wird gesorgt, indem der Arm 24 in
der Nähe der Endgabel 30 verjüngt ausgebildet wird, welche in
der zur Achse B senkrechten Ebene durch entgegengesetzte
Ausnehmungen 30 a (Fig. 2) definiert ist, die zur Aufnahme des
Aufnehmerteils 15 in seinen beiden Endstellungen um Achse B,
wie in Fig. 2 gestrichelt darstellt, ausgebildet sind. Ferner
ist die Säule 21 schmäler ausgebildet als der Arm 24, und die
Vorrichtung 5 ist insgesamt so ausgebildet, daß sie,
wenigstens auf einer Seite, kleiner als die Breite des Arms
24, gemessen senkrecht zur Achse D, ist. Umgekehrt sind die
symmetrischen T-förmigen Backen 33 und 34 in einer solchen
Weise ausgebildet, daß bei Blick horizontal in einer zur
Achse A senkrechten Ebene (Fig. 3) das breiteste Ende mit dem
Aufnahmerand 40 von der Drehachse A durch einen Abstand m
getrennt ist, der größer als die halbe Breite des Arms 24
gemessen quer zur Achse D ist, so daß dieses Ende seitlich in
Bezug auf den Arm 24 hervorragt, wenn das Aufnehmerteil 15
senkrecht zur Achse D gedreht wird, womit eine gegenseitige
Beeinflussung mit dem Arm 24 verhindert ist, unabhängig
davon, ob das Aufnehmerteil 15 geladen ist oder nicht. Das
Blech 2 kann daher frei um 180° geschwenkt werden, indem das
Aufnehmerteil 15 bei Anordnung senkrecht zur Achse D
(nachfolgend auf eine 90°-Drehung um Achse A) um Achse B
gedreht wird.
Die Handhabungsvorrichtung 5 umfaßt wahlweise auch
wenigstens ein Hilfs-Aufnehmerteil 50, welches mit Teil 15
identisch ist und an einem Ende der Basis 18 in einer
bestimmten Lage zum Greifen und Unterstützen eines im Auf
nehmerteil 15 gehaltenen Blechs 2 angebracht ist. In der
Nähe des Hilfs-Aufnehmerteils 50 ist auch eine feststehende
seitliche Lehre 53 vorgesehen, welche wenigstens einen
linearen Geber 54 ähnlich den Gebern 12 aufweist. Der Geber
54 ist, über Leitung 55, ebenfalls mit der Einrichtung 6
verbunden und liefert ein Steuersignal zur Einstellung der
Lage der Vorrichtung 5 an die Einrichtung 6. Im Betrieb zieht
die Vorrichtung 5 Bleche 2 einzeln aus dem Speicher 7 ab,
indem sie diese im Aufnehmerteil 15 erfaßt und bewegt sie
ausgewählt in eine Anzahl von verschiedenen Arbeitsstellungen
in Bezug auf die Achse C. Im einzelnen werden, da das
Aufnehmerteil 15 eine der längeren Seiten des rechteckigen
Blechs 2 greifen muß, die kurzen Seiten des in dem Auf
nehmerteil 15 befindlichen Blechs 2 zur Vermeidung einer
unzulässigen Verbiegung zuerst, wie in den Fig. 6 und 8
gezeigt, gebogen. Durch Drehen des Aufnehmerteils 15 um Achse
A wird das Blech 2 dann senkrecht zu seiner Ebene gedreht, so
daß die lange Seite, die der vom Aufnehmerteil 15 gegriffenen
gegenüberliegt, zwischen dem Oberstempel 9 und dem Unterstem
pel 10 dargeboten wird. Während diese lange Seite zwischen
Oberstempel 9 und Unterstempel 10 erfaßt ist (Fig. 7 und 9),
kann das Aufnehmerteil 15 geöffnet und wieder gedreht werden,
so daß es das teilgebogene Blech 2 an einer seiner kurzen
Seiten erfaßt und damit die letzte Seite zum Biegen freigibt.
Wenn dies wegen der geringen Größe des Blechs 2 nicht möglich
ist, sorgt die Vorrichtung 5 automatisch dafür, daß das
Hilfs-Aufnehmerteil 50 verwendet wird, auf welchem das Blech
2 während einer Versetzung des Aufnehmerteils 15 geklemmt
wird. Bei der Versetzung des Aufnehmerteils 15 wird die
Positioniergenauigkeit dadurch aufrechterhalten, daß die
Vorrichtung 5 das durch das Aufnehmerteil 15 wieder erfaßte
Blech 2 gegen die seitliche Lehre 53 und den Geber 54 und
nachfolgend gegen die rückwärtige Lehre 11 und den Geber 12
setzt, welche über die Einrichtung 6 Steuersignale für eine
korrekte Repositionierung des Blechs 2, beispielsweise durch
Drehen des Aufnehmerteils 15 um die Achse A und Verschieben
des Schlittens 22 und der Säule 21, liefern. Ferner sorgt bei
jedem Biegevorgang das Aufnehmerteil 15 für eine Unterstüt
zung des Blechs 2, während es gleichzeitig der durch den
Oberstempel 9 und den Unterstempel 10 hervorgerufenen
schrägen Bewegung desselben folgt, indem es öffnet und um die
zur Biegeachse C parallele Achse B dreht. Durch Drehen des
Aufnehmerteils 15 um Achse A in eine der beiden in Fig. 5
gezeigten Endlagen und dann um Achse B kann das Blech 2, wie
bereits beschrieben, auch um 180° herumgedreht werden.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich klar aus der
vorstehenden Beschreibung. Zuallererst liefert sie dank einer
numerisch gesteuerten Versetzung der Vorrichtung 5 und der
Verwendung von Gebern 12 und 54 eine hochgenaue Anordnung des
Blechs 2. Zum zweiten ist die Vorrichtung 5 durch ihre
Halterung auf einem Teil der Presse selbst billiger und
leichter als bekannte Vorrichtungen. Drittens liefert sie
eine Verminderung der benötigten Grundfläche und eine
Erleichterung von Transport und Installation des Biegesystems
als ganzen. Schließlich kann die Presse einer solchen
Einrichtung, da eine rückwärtige Lehre 11 vorgesehen ist,
auch in der üblichen Weise von Hand betätigt werden, indem
einfach der Schlitten 19 über das eine Ende der Basis 18
hinaus verschoben und damit die Vorderseite der Presse
freigemacht wird.