DE4111093C2 - Einrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken - Google Patents
Einrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von WerkstückenInfo
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q7/00—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
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- B23Q7/043—Construction of the grippers
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum
Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken, mit einer
Handhabungsvorrichtung, die einen Handhabungsarm auf
weist, an dem ein Greifer anbringbar ist, der einen
Spannrahmen und an diesem bewegbar geführte Spannbacken
aufweist, mit denen das handzuhabende Werkstück gegrif
fen werden kann.
Derartige Einrichtungen zum Handhaben und Bearbeiten
von Werkstücken sind allgemein bekannt. Bei den bekann
ten Einrichtungen zum Handhaben und Bearbeiten von
Werkstücken, von denen bei der Formulierung des Oberbe
griffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen worden ist,
ist eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere eine
frei positionierbare Handhabungsvorrichtung, wie bei
spielsweise ein Industrieroboter sein kann, vorgesehen,
mit der das zu bearbeitende Werkstück gehandhabt, d. h.
positioniert wird. Hierzu weist die Handhabungsvorrich
tung einen Handhabungsarm (i. allgemeinen Sinn) auf, an
dem ein Greifer für das handzuhabende Werkstück ange
bracht ist. Von dem Greifer der Handhabungsvorrichtung
wird das Werkstück an eine in der Regel stationär aus
geführte Werkstückaufnahme übergeben, in der dann der
eigentliche Bearbeitungsvorgang erfolgt.
Damit sind bei herkömmlichen Einrichtungen zum Handha
ben und Bearbeiten von Werkstücken zwei Aufnahmevorgän
ge für die Aufnahme der Werkstücke, nämlich ein Aufnah
mevorgang durch den Greifer der Handhabungsvorrichtung
und ein weiterer Aufnahmevorgang am Bearbeitungsort
erforderlich.
Hierdurch ist nicht nur ein aufwendiger und damit teu
rer Aufbau für die Einrichtung zum Handhaben und Bear
beiten von Werkstücken erforderlich, sondern es wird
auch durch das "Umspannen" der Werkstücke die Zahl der
möglichen Fehlerquellen erhöht.
Aus der DE-OS 38 20 821 ist eine Einrichtung zum
Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken, mit einer
Handhabungsvorrichtung, die einen Handhabungsarm auf
weist, an dem ein Greifer anbringbar ist, der einen
Spannrahmen und an diesem bewegbar geführte Spann
backen aufweist, mit denen das handzuhabende Werkstück
gegriffen werden kann und mit einer Bearbeitungsvor
richtung, in der gewechselte Elemente der Einrichtung
ablegbar sind und die gegriffenen Werkstücke bearbeitbar
sind, bekannt. Aus dieser Patentschrift ist allerdings
nicht bekannt, daß aufwendige Bauteile des Greifergrund
teils, wie z. B. der Greiferantrieb und das Greiferge
triebe beim Wechsel am Handhabungsarm verbleiben
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich
tung zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken anzu
geben, mit der Werkstücke der unterschiedlichsten Geo
metrie einfach und schnell gehandhabt und bearbeitet
werden können, ohne daß ein mehrmaliges Aufnehmen und
Spannen der Werkstücke erforderlich wäre.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im
Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfin
dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Überraschenderweise kann die erfindungsgemäß gestellte
Aufgabe dadurch gelöst werden, daß von einer Einrich
tung zum Handhaben von Werkstücken gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1, also von einer Einrichtung
ausgegangen wird, wie sie für die reine Handhabung von
Werkstücken bekannt ist. Diese Einrichtung wird erfin
dungsgemäß dadurch weitergebildet, daß zumindest die
Spannbacken zusammen mit dem gespannten Werkstück von
dem Handhabungsarm lösbar und an einer Bearbeitungsvor
richtung derart anbringbar sind, daß das Werkstück
weiterhin gespannt bleibt und somit bearbeitet werden
kann.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich,
ein Werkstück von dem Greifer unter gleichzeitiger
"Mit-Übergabe" der Werkstück-gebundenen Greiferbestand
teile an die Bearbeitungsvorrichtung und umgekehrt zu
übergeben. Damit bleiben während der Handhabung und
Bearbeitung die Spann- bzw. Greifstellen gleich, so daß
man mit geringem Aufwand eine große Flexibilität er
hält. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Einrich
tung leicht durch Austausch der werkstückspezifischen
Spannbacken an die unterschiedlichsten Werkstück-Geome
trien angepaßt werden. Diese Anpaßbarkeit verringert
den Datenaustausch zwischen Einrichtung und übergeord
neter Steuereinheit und reduziert den Platzbedarf.
Weiterhin ist bei bestimmten Ausführungsformen keine
lagegeregelte Achse für den Greifer erforderlich, da -
insbesondere dann, wenn für die Spannbackenherstellung
das CAD-Werkstück am Bild benutzt wird - ein sicheres
Spannen durch die austauschbaren Spannbacken möglich
wird.
Ferner wird die Zahl der werkstückspezifischen Spann
elemente verringert, da für den Handhabungs-Greifer und
die Bearbeitungsvorrichtung die gleichen Spannbacken
verwendet werden, die vom Greifer an die Bearbeitungs
vorrichtung und umgekehrt übergeben werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist der Taktzeit-Vorteil gegenüber herkömmlichen Vor
richtungen, der sich durch das direkte Anfahren der
Werkzeug-Wechselstation sowie aufgrund der Tatsache
ergibt, daß kein von der Werkstückhandhabung getrenn
ter Transport der Spannbacken erforderlich ist.
Letztlich ergibt sich eine bessere Toleranzhaltigkeit,
da die Werkstück-Greiferposition mit der Werkstück-
Bearbeitungsposition identisch ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla
risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der
Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er
findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen
wird. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungs
beispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zum Handhaben und Bearbeiten von Werkstücken.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Einrichtung zum Handhaben und Bear
beiten eines (nicht dargestellten) Werkstücks, bei dem
die Spannbacken vom Greifer an die Bearbei
tungsvorrichtung übergeben werden.
Die Einrichtung weist einen Greifer mit einem Greifer-
Grundteil (1) auf, mit dem der Greifer an einer nicht
dargestellten Handhabungsvorrichtung, beispielsweise an
dem Arm eines Industrieroboters angebracht und von der
Steuereinheit des Industrieroboters gesteuert werden
kann. Der Greifer weist ferner einen Spannrahmen (9)
mit einer Verfahreinheit (2) auf, die Spannbackenauf
nahmen (3) geregelt oder ungeregelt verfährt. An den
Spannbackenaufnahmen (3) sind die eigentlichen Spann
backen (4) anbringbar. Hierzu weisen die Spannbacken
aufnahmen (3) eine Ausnehmung auf, in die eine in den
Spannbacken (4) vorgesehene federbelastete Kugel (41)
eingreift. Die Spannbacken (4) sind in Fig. 1 nicht an
den Spannbackenaufnahmen (3), sondern an Aufnahmen (6)
einer Bearbeitungsvorrichtung angebracht. Die als Zap
fen ausgebildeten Aufnahmen (6) der Bearbeitungsvor
richtung sind an einer stationären oder instationären
Grundplatte (7) der Bearbeitungsvorrichtung befestigt.
Zur Aufrechterhaltung der Greifkraft in dem Zustand, in
dem die Spannbacken (4) an der Bearbeitungsvorrichtung
befestigt sind, ist wenigstens eine Spannbacke (4) zwei
teilig ausgebildet, wobei der dem zu greifenden Werk
stück zugewandte Teil in Richtung auf das Werkstück
durch ein Federelement (5) vorgespannt ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist lediglich
eine Spannbacke, nämlich die in der Figur rechte Spann
backe, ein derartiges Federelement auf. Ferner ist in
der Figur ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungs
gedankens ein Greifer mit Außenangriff dargestellt.
Selbstverständlich sind bei einem Greifer mit Innenan
griff der stationäre und der vorgespannte Teil der
Spannbacke zu vertauschen.
Im folgenden soll die Funktionsweise der in Fig. 1
dargestellten Einrichtung beschrieben werden:
Die Handhabungsvorrichtung, also beispielsweise ein
Industrieroboter, fährt zu einer Bereitstellungspa
lette, die z. B. aus einer Positionierzone in eine Bear
beitungszone überführt worden ist. In der Bereitstel
lungspalette liegen jeweils die Spannbacken (4) mit dem
(nicht gezeigten) Werkstück zusammen. Mittels der
Spannbackenaufnahmen (3) werden die Spannbacken (4)
aufgenommen. Nach der Aufnahme und Verriegelung der
Spannbacken (4) mittels der federbelasteten Kugel (41)
werden die Spannbacken zugefahren, bis das dazwischen
angeordnete Werkstück sicher kraft- und/oder form
schlüssig gespannt ist.
Natürlich ist es aber auch möglich, daß in der Bereit
stellungspalette nur die Werkstücke bereitgestellt
werden. In diesem Falle muß der Industrieroboter zu
nächst die entsprechenden Spannbacken einwechseln,
bevor er zur Werkstück-Bereitstellungspalette verfährt
und dort das Werkstück aufnimmt.
Mit dem gespannten Werkstück fährt daraufhin die Hand
habungsvorrichtung, also in diesem Beispiel der Indu
strieroboter, zu der Bearbeitungsvorrichtung und über
gibt dort das Werkstück zusammen mit den Spannbacken.
Die Spannkraft wird nach der Übergabe an die Bearbei
tungsvorrichtung durch das Federelement (5) in der
rechten Spannbacke aufrechterhalten.
Da die Spannbacken (4) bei dem gezeigten Ausführungs
beispiel durch Zapfen (6) an der stationären oder in
stationären Grundplatte (7) gehalten werden, sind bei
diesem Ausführungsbeispiel zur Bearbeitung unterschied
licher Werkstückgrößen Vorrichtungsaufnahmen bzw. Zap
fen (5) mit unterschiedlichem Abstand erforderlich.
Nach der Übergabe der Spannbacken mit dem darin ge
spannten Werkstück an die Bearbeitungsvorrichtung kann
die eigentliche Bearbeitung, d. h. die Fertigung
und/oder Montage des Werkstücks beginnen. Diese kann
selbstverständlich durch die Handhabungsvorrichtung
ausgeführt werden, nachdem diese den Greifer in einer
Werkzeug-Wechselstation abgelegt und ein entsprechendes
Bearbeitungswerkzeug eingewechselt hat. Darüber hinaus
ist es selbstverständlich auch möglich, die Bearbei
tungsvorrichtung durch ein Transportsystem zu einer
stationären Fertigungsstation zu transportieren.
Nach erfolgtem Fertigungsvorgang wechselt der Indu
strieroboter, falls erforderlich, das Werkzeug gegen
die Verfahreinheit aus, fährt zur Vorrichtung, entnimmt
dort gemeinsam Spannbacken und Werkstück und legt je
nach Einsatzfall nur das Werkstück oder anschließend
auch die Spannbacken ab. Selbstverständlich kann er in
dem Falle, daß die Spannbacken an dem Handhabungsarm
des Industrieroboters verbleiben, mit dem Greifer ein
weiteres gleichartiges Werkstück handhaben.
Bei Integration z. B. eines Hubzylinders an der Vorrich
tungsaufnahme (zum Verfahren der Aufnahmen in zur
Grundplatte senkrechter Position) kann eine Verstellung
für unterschiedliche Werkstückgrößen und eine aktive
Spannkraftaufbringung erfolgen.
In einem anderen Ausführungsprinzip kann die Grundplatte
eine Magnetspannplatte sein, so daß keine Vorrichtungs
aufnahmen erforderlich sind.
Desweiteren können die Aufnahmen an den Spannbacken
nicht nur senkrecht zur Grundplatte stehen, sondern
parallel zu dieser angeordnet sein. Der Industrierobo
ter fährt dann ebenfalls mit den Spannbacken und dem
dazwischenliegenden Werkstück zur Grundplatte. Auf
dieser Grundplatte kann beispielsweise auf der einen
Spannbackenseite ein fester Anschlag und auf der ande
ren Spannbackenseite eine auf der Grundplatte linear
und horizontal verfahrbare Spannbackenaufnahme befe
stigt sein. Diese Spannbackenaufnahme fährt in die
parallele Aufnahme der Spannbacke und drückt diese
sowie das Werkstück und die andere Spannbacke gegen den
festen Anschlag.
Um weitere Taktzeiteinsparungen zu erzielen, können
zwei Verfahreinheiten mit jeweils zwei Greiferaufnahmen
an einem Greiferunterteil angebracht sein. Über eine
Schwenkeinheit, wie sie auch bei herkömmlichen Schwenk
greifern eingesetzt wird, können dann beispielsweise
zwei Werkstücke gehandhabt werden. So kann das fertig
bearbeitete Werkstück entnommen und nach der Drehung
der Schwenkeinheit das unbearbeitete Werkstück mit den
Spannbacken in die Vorrichtung eingelegt werden.
Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbei
spielen ohne Beschränkung der allgemeinen Erfindungsge
danken, wie sie den Ansprüchen entnehmbar sind, be
schrieben worden.
Claims (8)
1. Einrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von Werk
stücken, mit einer Handhabungsvorrichtung, die einen Hand
habungsarm aufweist, an dem ein Greifer anbringbar ist,
der einen Spannrahmen und an diesem bewegbar geführte
Spannbacken aufweist, mit denen das handzuhabende Werk
stück gegriffen werden kann, und mit einer Bearbeitungs
vorrichtung, in der gewechselte Elemente der Einrichtung
ablegbar sind und die gegriffenen Werkstücke bearbeitbar
sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken zusammen mit
dem gespannten Werkstück von dem an dem Handhabungsarm
verbleibenden Greifergrundteil lösbar sind und daß die
Bearbeitungsvorrichtung einen Spannrahmen aufweist, an den
die Spannbacken vom greifereigenen Spannrahmen derart
übergebbar sind, daß das Werkstück weiterhin gespannt
bleibt und somit bearbeitbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen des Grei
fers Spannbackenaufnahmen (3) aufweist, mit denen die
Spannbacken (4) lösbar verbindbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbackenaufnahmen
(3) Zapfen sind, die in die Spannbacken (4) eingreifen,
und in diesen durch eine federbelastete Kugel (41)
verriegelbar sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine vom Greifer
lösbare Spannbacke (4) aus zwei Teilen besteht, von
denen das dem zu greifenden Werkstück zugewandte Teil
zur Aufrechterhaltung der Greifkraft in Richtung auf
das Werkstück durch ein Federelement (5) vorgespannt
ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß am Handhabungsarm wenig
stens zwei Greifer vorgesehen sind, die alternativ in
die Arbeitsstellung überführbar sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die vom Greifer lösbaren
Teile zusammen mit dem Werkstück bereitgestellt werden.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung
eine Magnetspannplatte aufweist, die die vom Greifer
lösbaren Teile spannt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen der Bear
beitungsvorrichtung einen ortsfesten Anschlag aufweist.
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