DE69820085T2

DE69820085T2 - Mehrzweckhaltevorrichtung

Info

Publication number: DE69820085T2
Application number: DE69820085T
Authority: DE
Inventors: Yuzuru 5-24-15 Maki; Takahiko 5-24-15 Arai; Shinichi 5-24-15 Saito; Daisuke 5-24-15 Kikuchi; Masahiro 5-24-15 Ohkawara
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-01-01
Also published as: DE69820085D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung, die zum Halten eines Gegenstands für das Fixieren bei der Herstellung oder zum Halten eines Teils bei dessen Untersuchung verwendet werden kann, und insbesondere eine solche Einspannvorrichtung, die allgemein für eine Vielzahl von Arten von Teilen verwendet werden kann.
In Fabriken werden Einspannvorrichtungen zum Beispiel zum Halten von Teilen beim Zusammenbau oder Zusammenschweißen der Teile oder zum Fixieren verwendet. Wenn eine Auspuffanlage für ein Kraftfahrzeug dadurch zusammengebaut wird, daß zwei Rohre am vorderen bzw. hinteren Ende eines Auspufftopfs zum Beispiel mittels Schweißen angeschlossen werden, wird zum Halten der Rohre und des Auspufftopfs in vorgegebenen Positionen eine Einspannvorrichtung verwendet. Bei einer solchen Einspannvorrichtung sind Klemmen zum Festhalten der entsprechenden Teile des Auspufftopfs und der Rohre an einer Basis befestigt, so daß der Auspufftopf und die Rohre relativ zueinander entsprechend einer bestimmten Konstruktion angeordnet sind.
Um eine ausreichend hohe Steifigkeit beim Halten von Teilen aus einem schweren Material sicherzustellen und ein Verziehen beim Schweißen zu vermeiden, weist die Einspannvorrichtung selbst ein hohes Gewicht von z. B. etwa 20 kg auf, wenn sie für eine kleine Auspuffanlage verwendet wird.
Insbesondere im Falle von Auspuffanlagen für Automobile werden in Abhängigkeit von der Art und Version des Autos viele verschiedene Arten von Auspuffanlagen hergestellt. In der realen Situation sind die Einspannvorrichtungen für die Herstellung der Auspuffanlagen auf die jeweilige An des Produkts spezialisiert. Das heißt, daß für jede An von Auspuffanlage ausschließlich eine bestimmte Einspannvorrichtung verwendet wird. Daraus ergibt sich das Problem, daß immer dann, wenn sich die An der Auspuffanlage ändert, die in einer Herstellungslinie hergestellt wird, schwergewichtige Einspannvorrichtungen zu bewegen sind und zum Aufstellen der Einspannvorrichtungen schwere Arbeit erforderlich ist.
Außerdem müssen die zur Herstellung von Produkten verwendeten Einspannvorrichtungen noch mehrere Jahre nach dem Schließen der Produktionslinie aufbewahrt werden, um Ersatzteile herstellen zu können. Mit zunehmender Anzahl von Einspannvorrichtungen steigt die Anzahl des dazu erforderlichen Speicherplatzes, und wird immer mehr Zeit und Mühe benötigt, um die Einspannvorrichtungen in den Speicher zu bringen und daraus wieder hervorzuholen. Für die Verwaltung von Fabriken ist dies ein großes Problem.
Ähnliche Probleme treten auch bei den Einspannvorrichtungen auf, die zum Zusammenbau von anderen Teilen oder zur Untersuchung dieser Teile verwendet werden.
Es ist daher wünschenswert, eine Einspannvorrichtung zu schaffen, die die gewünschte Funktion des Haltens eines Gegenstandes zum Fixieren aufweist, die ohne über mäßige Modifikationen für neue und vorhandene Produkttypen verwendet werden kann, und die in einem wesentlich verringerten Speicherplatz aufbewahrt werden kann.
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Einspannvorrichtung zum Halten eines Gegenstands mit einer Basis; einer an der Basis befestigten lokalen Haltevorrichtung mit einem dreibeinigen Roboter mit drei Expansionsstellgliedern; und mit einer an der lokalen Haltevorrichtung angebrachten Klemme. Bei der Einspannvorrichtung ist die Position der Klemme veränderbar, indem die Länge jedes der Expansionsstellglieder abhängig von dem zu haltenden Gegenstand gemäß einem Befehl von einer Steuervorrichtung geändert wird.
Bei der im folgenden beschriebenen Ausführungsform bewegt sich die an der lokalen Haltevorrichtung angebrachte Klemme im dreidimensionalen Raum, wenn wenigstens eines der Expansionsstellglieder des dreibeinigen Roboters in Reaktion auf einen Befehl von der Steuervorrichtung ausgefahren oder eingezogen wird.
Da an der Basis eine Vielzahl von lokalen Haltevorrichtungen angebracht werden kann und die Klemme jeder Haltevorrichtung durch Verändern der Länge von jedem der drei Expansionsstellglieder in die gewünschte Position gebracht werden kann, kann eine Einspannvorrichtung, die eine Anzahl Haltevorrichtungen enthält, eine Mehrzahl von festzuhaltenden Gegenständen handhaben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der dreibeinige Roboter ferner ein unteres Substrat, ein oberes Substrat und einen zwischen dem unteren und dem oberen Substrat angeordneten Drehverhinderungsmechanismus zum Verhindern einer Torsionsdrehung des unteren und des oberen Substrats relativ zueinander auf, wobei die drei Expansionsstellglieder zwischen dem unteren und dem oberen Substrat angeordnet sind. Auch weist die lokale Haltevorrichtung ferner eine Dreiachsen-Rotationseinheit mit Elementen auf, die um drei sich einander rechtwinklig schneidende Achsen drehbar sind, wobei die Dreiachsen-Rotationseinheit gemäß einem Befehl von der Steuervorrichtung arbeitet. Mit dieser Anordnung kann die Position der Klemme wie gewünscht gesteuert werden, und auch der Winkel der Klemme kann wie gewünscht mittels der Dreiachsen-Rotationseinheit zwischen dem dreibeinigen Roboter und der Klemme eingestellt werden.
Der Drehverhinderungsmechanismus kann zwei parallele Buchsen, die mit dem unteren Substrat mit zwei Freiheitsgraden und in einem vorbestimmten Abstand voneinander verbunden sind, und zwei Gleitstangen aufweisen, die an dem oberen Substrat befestigt sind und parallel zueinander verlaufen, so daß die zwei Gleitstangen von den Buchsen geführt werden. Der Drehverhinderungsmechanismus weist somit einen einfachen Aufbau auf, der die parallelen Buchsen, die mit dem untern Substrat verbunden sind, und die Gleitstangen umfaßt, die am oberen Substrat befestigt sind und von den Buchsen aufgenommen werden. Da die Gleitstangen in den parallelen Buchsen gleiten können, kann der Drehverhinderungsmechanismus Änderungen im Abstand zwischen dem unteren Substrat und dem oberen Substrat aufgrund einer Expansion oder Kontraktion der Expansionsstellglieder aufnehmen.
Gemäß einem anderen bevorzugten Aspekt der Erfindung werden die Expansionsstellglieder des dreibeinigen Roboters und die Dreiachsen-Rotationseinheit von Schrittmotoren oder Servomotoren angetrieben, und die Steuervorrichtung umfaßt eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Verschiebung jedes der Expansionsstellglieder und der Dreiachsen-Rotationseinheit und zum Steuern der Drehung der Schrittmotoren bzw. Servomotoren gemäß der Verschiebung. Durch Steuern der Drehwinkel oder Drehung der Schrittmotoren und Servomotoren können die Expansionsstellglieder und die Dreiachsen-Rotationseinheit leicht und sicher positioniert werden, um die jeweiligen Verschiebungen zu erreichen, die von der Recheneinrichtung berechnet wurden.
Die Steuervorrichtung kann die Dreiachsen-Rotationseinheit steuern, während der dreibeinige Roboter zum Bewegen der Klemme betrieben wird, oder nach dem Bewegen der Klemme, so daß die Klemme in einer vorbestimmten oder konstanten Stellung oder Ausrichtung gehalten oder neu positioniert werden kann. Dadurch können leicht Lernvorgänge an der Steuervorrichtung ausgeführt werden.
Die Steuervorrichtung kann ferner eine manuelle Betätigungseinrichtung zum Betätigen des dreibeinigen Roboters und der Dreiachsen-Rotationseinheit wie gewünscht und eine Speichereinrichtung aufweisen, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgelegt ist, Verschiebungsdaten oder zugehörige Positionsdaten des dreibeinigen Roboters oder der Dreiachsen-Rotationseinheit, die von der manuellen Betätigungseinrichtung betätigt werden, zu berechnen und die Verschiebungsdaten bzw. zugehörigen Positionsdaten in der Speichereinrichtung zu speichern. Diese Anordnung erlaubt es, Lernvorgänge automatisch auszuführen.
Vorzugsweise weist die Steuervorrichtung eine Anzeige auf, an der die gegenwärtigen Verschiebungsdaten bzw. die zugehörigen Positionsdaten des dreibeinigen Roboters und der Dreiachsen-Rotationseinheit angezeigt werden. Dadurch kann der Benutzer die im Lernmodus eingestellten Verschiebungs- und Positionsdaten bestätigen.
An der Basis kann eine Mehrzahl der lokalen Haltevorrichtungen angeordnet sein, so daß die Klemmen der lokalen Haltevorrichtungen zum Halten der einzelnen Teile eines Gegenstands positioniert werden können.
Der Gegenstand kann aus einer Auspuffanlage einschließlich einem vorderen Rohr, einem hinteren Rohr und einem Auspufftopf bestehen. In diesem Fall sind die Klemmen der lokalen Haltevorrichtungen jeweils zum Halten des vorderen Rohrs, des hinteren Rohrs und des Auspufftopfs vorgesehen, so daß das vordere Rohr und das hintere Rohr jeweils mit dem vorderen bzw. dem hinteren Abschnitt des Auspufftopfs verbunden werden können.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Halten eines Gegenstands mit mehreren Teilen, wobei mehrere lokale Haltevorrichtungen auf einer Basis entsprechend den jeweiligen Teilen des Gegenstands angeordnet werden, wobei die lokalen Haltevorrichtungen jeweils eine Klemme und einen dreibeinigen Roboter mit drei Expansionsstellgliedern aufweisen;
die Expansion oder Kontraktion jedes der Expansionsstellglieder so gesteuert wird, daß die Teile des Gegenstands in ausgewählten Positionen und Ausrichtungen angeordnet sind, wenn der Gegenstand von den Klemmen gehalten wird; und wobei
die Klemmen zum Halten der einzelnen Teile des Gegenstands in die ausgewählten Positionen und Ausrichtungen gebracht werden.
Wenn der Gegenstand aus einer Auspuffanlage mit einem vorderen Rohr, einem hinteren Rohr und einem Auspufftopf besteht, kann die Expansion und Kontraktion jedes der Expansionsstellglieder so gesteuert werden, daß sich die jeweiligen Klemmen so positionieren und ausrichten, daß, wenn das vordere Rohr, das hintere Rohr und der Auspufftopf von den jeweiligen Klemmen gehalten werden, das vordere Rohr und das hintere Rohr jeweils mit dem vorderen bzw. dem hinteren Abschnitt des Auspufftopfs verbunden werden können.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen eine beispielhafte Ausführungsform davon beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ansicht des Gesamtaufbaus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Vorderansicht einer lokalen Haltevorrichtung; 3 eine Seitenansicht der lokalen Haltevorrichtung; 4 eine Aufsicht auf die lokale Haltevorrichtung;
5A eine Vorderansicht auf den Aufbau eines Drehverhinderungsmechanismusses;
5B eine Seitenansicht auf den Aufbau eines Drehverhinderungsmechanismusses;
6 die Darstellung eines Steuersystems für die Ausführungsform der 1;
7 ein Flußdiagramm für den Ablauf der Steuerung, wenn eine Klemme bewegt wird, während ihre Stellung beibehalten wird;
8 eine Ansicht für die Beziehungen zwischen Koordinatenpunkten, die für Umwandlungsberechnungen verwendet werden;
9 ein Vektordiagramm für die Stellung der dritten Achse;
10 eine Ansicht zur Erläuterung der Berechnungen zum Erhalten des Operationswinkels der zweiten Achse;
11 eine Ansicht zur Erläuterung der Berechnungen zum Erhalten des Operationswinkels der ersten Achse;
12 eine Ansicht für die Beziehungen zwischen Koordinatenpunkten, die zum Berechnen der Längen der Expansionsstellglieder verwendet werden;
13A eine Vorderansicht einer beispielhaften Klemme; 13B eine Aufsicht auf eine beispielhafte Klemme;
14 eine Ansicht einer modifizierten beispielhaften Klemme;
15A eine Ansicht einer weiteren beispielhaften Klemme im Freigabezustand;
15B eine Ansicht einer weiteren beispielhaften Klemme im Haltezustand; und 16 ein Flußdiagramm zum Betrieb in verschiedenen Moden für die Steuerung der lokalen Haltevorrichtung.
Die 1 zeigt den Gesamtaufbau einer Allzweck-Einspannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zum Zusammenbau der Auspuffanlage eines Automobils verwendet wird.
Die Einspannvorrichtung 1 für den Zusammenbau einer Auspuffanlage ist so aufgebaut, daß an einer Basis 2 eine Anzahl von lokalen Haltevorrichtungen angebracht ist, die jede einen dreibeinigen Roboter umfaßt. In der vorliegenden Ausführungsform sind erste bis vierte lokale Haltevorrichtungen 10 (10A, 10B, 10C, 10D) vorgesehen, und an den Haltevorrichtungen 10A, 10B, 10C, 10D sind Klemmen 50, 60, 70 angebracht.
Die Klemme 50 ist an der ersten lokalen Haltevorrichtung 10A angebracht, die sich an einem Endabschnitt der Basis 2 befindet, sie hält einen Flansch 90, der am vorderen Ende eines vorderen Rohrs 91 angeordnet ist. Eine weitere Klemme 50 ist an der vierten lokalen Haltevorrichtung 10D angebracht, die sich am anderen Endabschnitt der Basis 2 befindet, sie hält einen Flansch 94, der am hinteren Ende eines hinteren Rohrs 93 angeordnet ist.
Die Klemme 60, die an der zweiten lokalen Haltevorrichtung 10B angebracht ist, hält einen Mittelabschnitt des vorderen Rohrs 91 fest, und die Klemme 70, die an der dritten lokalen Haltevorrichtung 10C angebracht ist, hält einen Auspufftopf 92 fest. Das hintere Ende des vorderen Rohrs 91 und das vordere Ende des hinteren Rohrs 93 sind in die vordere bzw. hintere Wand des Auspufftopfs 92 eingesetzt.
Die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Klemmen 50, 60 70 werden in Abhängigkeit von dem Material und der Anordnung der von den Klemmen festzuhaltenden Teile aus verschiedenen Klemmenarten ausgewählt. Jede der lokalen Haltevorrichtungen 10 hält die entsprechende der Klemmen 50, 60, 70 in einer bestimmten Position mit einem bestimmten Winkel im dreidimensionalen Raum.
Während das vordere Rohr 91, der Auspufftopf 92, das hintere Rohr 93 und die Flansche 90, 94 auf diese Weise zueinander in einer vorgegebenen Positionsbeziehung im dreidimensionalen Raum gehalten werden, werden die zu verbindenden Abschnitte dieser Teile 91, 92, 93, 90, 94 durch eine automatische Schweißmaschine (nicht gezeigt) miteinander verschweißt, um eine Auspuffanlage herzustellen.
Der Aufbau der lokalen Haltevorrichtung 10 wird nun genauer erläutert.
Die 2 und 3 sind eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht der lokalen Haltevorrichtung 10, an der die Klemme 60 angebracht ist, und die 4 ist eine Aufsicht auf die lokale Haltevorrichtung 10, von der Klemme entfernt wurde.
Die lokale Haltevorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem dreibeinigen Roboter 11 und einer Dreiachsen-Rotationseinheit 30. Der dreibeinige Roboter 11 umfaßt ein unteres Substrat 12 in Kreisform, ein oberes Substrat 13, ebenfalls in Kreisform, und drei Expansionsstellglieder 15 (15A, 15B, 15C), deren untere Endabschnitte jeweils über sich drehende Arme 17 von drei Winkeln 16 gehalten werden, die am unteren Substrat 12 angebracht sind. Die drei Winkel 16 sind in gleichen Abständen oder in gleichen Winkelabständen voneinander um den Mittelpunkt des unteren Substrats 12 herum angeordnet.
Die oberen Endabschnitte der drei Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C werden in gleich beabstandeten Positionen um den Mittelpunkt des oberen Substrats 13 gehalten. Zwischen dem unteren Substrat 12 und dem oberen Substrat 13 ist auch ein Drehverhinderungsmechanismus 20 vorgesehen.
Die Drehachse des Dreharms 17 bezüglich des Winkels 16 und die Drehachse des Arms 17 bezüglich des Expansionsstellgliedes 15 kreuzen sich unter einem rechten Winkel, so daß jedes Expansionsstellglied 15 im dreidimensionalen Raum mit zwei Freiheitsgraden in die gewünschte Richtung bewegt werden kann.
Das Expansionsstellglied 15 ist an seinem unteren Ende mit einem Antriebsmotor 18 versehen, der aus einem Schrittmotor besteht, und seine obere Stange 19 wird durch einen Rotations-Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus (nicht gezeigt) mit dem bekannten Kugelmutteraufbau in Längsrichtung des Stellgliedes 15 vorgeschoben und zurückgezogen. Das gewünschte Ausmaß der Extension der Stange 19 wird durch Anlegen eines geeigneten Ansteuersignals zum Steuern des Drehwinkels des Antriebsmotors 18 erreicht. Auch wenn es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist jedes Expansionsstellglied 15 mit einem Grenzschalter versehen, der einen Bezugspunkt angibt, bezüglich dem die Stange 19 ausgefahren und zurückgezogen wird. Der Schrittmotor umfaßt einen Bremsmechanismus zum Erhöhen der Kraft beim Halten der Position der Stange 19 nach dem Vorschieben oder Zurückziehen.
Das obere Ende der Stange 19 ist mit dem oberen Substrat 13 über ein Kugelgelenk 14 mit drei Freiheitsgraden verbunden. Der Abstand der Haltepunkte auf dem unteren Substrat 12, an denen die Expansionsstellglieder 15 durch die Winkel 16 gehalten werden, ist größer als der der Haltepunkte am oberen Substrat 13.
Die 5A und 5B sind eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht des Aufbaus des Drehverhinderungsmechanismusses 20. Der Drehverhinderungsmechanismus 20 besteht im wesentlichen aus einer Schwingstange 21, deren unteres Ende mittels eines Universalgelenks 22 mit zwei Freiheitsgraden mit dem Mittenabschnitt des unteren Substrats 12 verbunden ist, und zwei Gleitstangen 24, die an ihren oberen Enden mit dem oberen Substrat 13 verbunden sind und sich vom Substrat 13 nach unten erstrecken. Zwei Buchsen 23 sind in einem Abstand voneinander am oberen Endabschnitt der Schwingstange 21 befestigt. Die beabstandeten Buchsen 23 erstrecken sich parallel zur Schwingstange 21 und nehmen die Gleitstangen 24 auf, die sich vom oberen Substrat 13 weg erstrecken, wobei die Stangen 24 in den Buchsen 23 gleiten können. Mit dieser Anordnung sind der Drehverhinderungsmechanismus 20 und das mit dem Mechanismus 20 verbundene obere Substrat 13 im dreidimensionalen Raum frei in die gewünschte Richtung bewegbar. Wenn jedoch eine Drehkraft auf den Mechanismus einwirkt, wird das obere Substrat 13 daran gehindert, sich relativ zum unteren Substrat 12 zu drehen.
Bei dieser Anordnung kann der dreibeinige Roboter 11 innerhalb eines begrenzten Bereichs, der durch das Ausmaß der Expansion der von ihrem jeweiligen Antriebsmotor 18 angetriebenen drei Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C bestimmt wird, das obere Substrat 13 in die gewünschte Position bringen.
Wenn wenigstens eines der drei Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C ausgefahren oder eingezogen wird, während das obere Substrat 13 durch die Stellglieder 15A, 15B, 15C mit gleicher Länge in einem horizontalen Zustand gehalten wird, wie es in der 2 und 3 gezeigt ist, bewegt sich das obere Substrat 13 und kann sich neigen, wie es zum Beispiel in der 5 gezeigt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist daher die Dreiachsen-Rotationseinheit 30 am oberen Substrat 13 angebracht, wie es in den 2, 3 und 4 gezeigt ist. Die Rotationseinheit 30 kann eine dritte Platte (später noch beschrieben) als Klemmen-Befestigungsplatte in der horizontalen Position halten, auch nachdem das obere Substrat 13 bewegt wurde, und sie kann auch die dritte Platte in eine gewünschte Richtung neigen.
Die Dreiachsen-Rotationseinheit 30 umfaßt drei Elemente (eine erste Platte 31, eine zweite Platte 35 und eine dritte Platte 40), die durch entsprechende Steuermotoren angetrieben werden. Die erste Platte 31 ist mittels eines ersten Antriebsabschnitts 32 mit einem ersten Steuermotor 33 um eine Mittelachse S1 (erste Achse, wie in der 5A gezeigt) des oberen Substrats 13 als Drehachse in einer Ebene drehbar, die parallel zum oberen Substrat 13 verläuft.
Die zweite Platte 35 ist so angeordnet, daß sie gegen die zweite Achse S2 versetzt ist, die die erste Achse S 1 unter einem rechten Winkel schneidet. Die dritte Achse S3, die durch die Mitte der zweiten Platte 35 verläuft und sich in radialer Richtung von der zweiten Achse S2 weg erstreckt, ist mittels eines zweiten Antriebsabschnitts 36 mit einem zweiten Steuermotor 33 um die zweite Achse S2 drehbar.
Die dritte Platte 40 ist mittels eines dritten Antriebsabschnitts 41 mit einem dritten Steuermotor 42 in der Ebene, die parallel zur zweiten Platte 35 liegt, um die dritte Achse S3 drehbar. Die erste Achse S1, die zweite Achse S2 und die dritte Achse S3 schneiden sich im selben Punkt.
Der erste, der zweite und der dritte Steuermotor 33, 37, 42 bestehen jeweils aus einem Schrittmotor.
Wenn das obere Substrat 13 geneigt ist, können die erste und die zweite Platte 31, 35 so gesteuert gedreht werden, daß die dritte Platte 40 in eine horizontale Stellung (Orientierung) oder eine andere gewünschte Stellung gebracht wird.
Diese Schrittmotoren enthalten auch einen Bremsmechanismus zum Erhöhen der Kraft, mit der die Platten nach einer Drehung in ihren jeweiligen Positionen gehalten werden.
Die erste Platte 31, die zweite Platte 35 und die dritte Platte 40 sind jeweils mit einem Grenzschalter 43 versehen, der die Ausgangsposition (den Nullpunkt) der sich drehenden Platte anzeigt und das Limit für die Drehung der Platte.
Wie in der 6 gezeigt, werden die Antriebsmotoren 18 der Expansionsstellglieder 15 und der erste, zweite und dritte Steuermotor 33, 37, 42 der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 in Reaktion auf Steuerbefehle angesteuert, die über einen Motortreiber 5 von einer Steuervorrichtung 4 zugeführt werden. Jeder der Motoren 18, 33, 37, 42 wird damit um einen Winkel gedreht, der durch den Steuerbefehl angegeben wird, um genau gesteuerte Expansionswege für die Expansionsstellglieder 15 und genau gesteuerte Drehwinkel für die einzelnen Platten der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 zu erhalten.
Die dritte Platte 40 der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 stellt eine Klemmen-Befestigungsplatte dar, und die Klemme 60 ist an der Oberseite der dritten Platte 40 angebracht.
Die Steuervorrichtung 4 beinhaltet eine CPU 45 und einen internen Speicher 46, und eine Tastatur 7 als Eingabevorrichtung und ein Display 8 wie ein LCD sind mit der Steuervorrichtung 4 verbunden.
Bei der wie oben aufgebauten lokalen Positioniervorrichtung 10 betätigt die Steuereinheit 4 die Dreiachsen-Rotationseinheit 30 entsprechend dem in der 7 gezeigten Steuerablauf, wenn die Klemme 60, die an der Klemmen-Befestigungsplatte (der dritten Platte 40) angebracht ist, durch Expandieren oder Kontrahieren der (eines) Expansionsstellglieder(s) bewegt wird, um die lokale Positioniervorrichtung so zu steuern, daß die Stellung der Klemmen-Befestigungsplatte konstant bleibt.
Zu Beginn wird der Schritt 101 ausgeführt, um festzustellen, ob ein Befehl zum Bewegen des Klemmenabschnitts vorliegt. Diese Feststellung erfolgt durch Prüfen, ob die Tastatur 7 der Steuervorrichtung 4 betätigt wurde, oder ob ein Jog-Hebel 9, der mit der Steuervorrichtung 4 verbunden ist, betätigt wurde.
Wenn ein Befehl zum Bewegen des Klemmenabschnitts vorliegt, wird der Schritt 102 ausgeführt, um die Antriebsmotoren so anzusteuern, daß die Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C ausgefahren oder eingezogen werden, wodurch der Klemmenabschnitt bewegt wird.
Im nächsten Schritt 103 werden aus dem Expansionsweg der einzelnen Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C die Positionskoordinaten (X, Y, Z) des Klemmen-Mittelpunktes P berechnet.
Dann wird der Schritt 104 ausgeführt, um den Winkel (AR, BR) der dritten Platte 40 der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 aus den Positionskoordinaten (X, Y, Z) zu berechnen, wobei AR den Winkel zwischen der horizontalen Ebene und der dritten Achse S3 und BR den Winkel der Platte 40 an der dritten Achse S3 angibt, gemessen an einer Bezugsposition.
Dann wird der Schritt 105 ausgeführt, um das Ausmaß der Drehung der Dreiachsen-Rotationseinheit 4 um drei Achsen (S 1, S2, S3) zu berechnen, das erforderlich ist, um die dritte Platte 40 mit dem Winkel (AR, BR) in die Ausgangsstellung vor der Expansion der Stellglieder zurück zu bringen.
Im Schritt 106 werden der erste, der zweite und der dritte Steuermotor 33, 37, 42 betätigt, um die drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 um das Ausmaß zu drehen, das im Schritt 105 bestimmt wurde.
Der Steuerungsablauf kehrt dann zum Schritt 101 zurück, um das Vorhandensein eines Befehls zum Bewegen des Klemmenabschnitts festzustellen. Wenn die Position der Mitte der Klemme die Zielposition noch nicht erreicht hat und der Jog-Hebel 9 oder dergleichen immer noch betätigt wird, wiederholt sich der beschriebene Steuerungsablauf.
Wenn im Schritt 101 festgestellt wird, daß der Jog-Hebel 9 oder dergleichen nicht betätigt wird und kein Befehl zum Bewegen des Klemmenabschnitts vorliegt, ist der Steuervorgang beendet.
Da die Klemme bewegt wird, während auf die beschriebene Weise eine konstante Stellung beibehalten wird, kann leicht ein "Lernen" erfolgen, wie es später noch beschrieben wird.
Die Position und die Stellung der Klemme kann auch durch die Eingabe von Daten für die Positionskoordinaten (X, Y, Z) des Klemmen-Mittelpunktes P relativ zu Bezugs-Positionskoordinaten (0, 0, 0) und den Winkel (AR, BR) der Klemmen-Befestigungsplatte (der dritten Platte 40) in die Steuervorrichtung 4 gesteuert werden, so daß die Vorrichtung 4 das Ausmaß der Expansion der einzelnen Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C und das Ausmaß der Drehung der drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 berechnen kann, worauf die Antriebsmotoren 18 und die Steuermotoren 33, 37, 42 auf dieser Basis angesteuert werden. Dadurch wird es leicht, die Position und Stellung der Klemme durch die Eingabe von zum Beispiel CAD-Daten einzustellen.
Die Berechnungen für die Umwandlung zwischen den Positionskoordinaten des Klemmen-Mittelpunktes P, den Winkeln der Klemmen-Befestigungsplatte, den Expansionswegen der Expansionsstellglieder und das Ausmaß der Drehung um die drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit sind rein geometrische Berechnungen. Es läßt sich daher jedes Programm mit bestimmten Schritten in der gewünschten Reihenfolge erstellen.
Es werden nun die Berechnungen für diese Umwandlung kurz erläutert.
Wie in der 8 gezeigt, verbindet eine gerade Linie den Ursprung 0 mit dem Punkt B, an dem die erste Achse S1, die sich durch das obere Substrat 13 erstreckt, die zweite Achse S2 schneidet, wenn die Position des Universalgelenks am unteren Ende des Drehverhinderungsmechanismusses 70 als Bezugsposition mit den Ursprungskoordinaten (0, 0, 0) verwendet wird. In der 8 ändert sich die Position des Punktes B auch dann nicht, wenn die erste Achse S 1 durch den ersten Antriebsabschnitt 32 gedreht wird.
Die dritte Achse S3 erstreckt sich vom Punkt B, während sie sich um einen bestimmten Winkel um die zweite Achse S2 dreht, und die dritte Platte 40 und der Klemmen-Mittelpunkt P als zentraler Arbeitspunkt sind längs einer geraden Linie oder dritten Achse S3 angeordnet, die sich vom Punkt B weg erstreckt. Die Positionen der Punkte B, P und des Punktes T der dritten Platte 40 ändern sich auch dann nicht, wenn die dritte Achse S3 durch den dritten Antriebsabschnitt 41 gedreht wird.
Die Koordinaten der dritten Platte oder Klemmen-Befestigungsplatte werden durch T (XT, YT, ZT) dargestellt und der Winkel davon auf der Basis der einzelnen Koordinatenachsen statt durch (AR, BR) durch (XR, YR, ZR). ZR ist dabei der Rotationswinkel um einen Vektor v, wie es später noch beschrieben wird.
Nachdem die Koordinaten und der Winkel des Klemmen-Mittelpunktes P bestimmt sind, stehen die Koordinaten T (XT, YT, ZT) und Winkel (XR, YR, ZR) der Klemmen-Befestigungsplatte eindeutig fest.
Wenn der Vektor vom Punkt B zum Punkt T (XT, YT, ZT) durch v (vx, vy, vz) bezeichnet wird, wie es in der 9 gezeigt ist, gelten die folgenden Beziehungen: tan XR = vx / vz tan YR = vy / vz (vx)2 + (vy)2 + (vz)2 = |v|2.
Entsprechend werden die Koordinaten B (XB, YB, ZB) des Punktes B erhalten durch XB = XT – vx YB = YT – vy ZB = ZT – vz.
Da der Punkt S des oberen Substrats 13 auf der geraden Linie liegt, die den Ursprung O mit dem Punkt B verbindet, werden dessen Koordinaten S (XS, YS, ZS) entsprechend der Proportionalbeziehung erhalten, wenn die Koordinaten der Punktes B bestimmt sind. Der Punkt S liegt in der Ebene, die die drei Kugelgelenke 14 enthält.
Nachdem die Koordinaten des Punktes B erhalten wurden, werden die Länge des Segments BO, das den Ursprung O mit dem Punkt B verbindet, und dessen Winkel bestimmt, woraus der Betriebswinkel θb des zweiten Winkels S2 am Punkt B unter Anwendung der Kosinusregeln auf das Dreieck OBT wie folgt erhalten werden kann: Mit 2S = OT + OB + BT ist θb = 180° – 2sin–1((S – OB)·(S – BT)/(OB·BT))½.
In der Ebene, die durch den Punkt T verläuft und die die Verlängerung des Segments BO am Punkt B' unter einem rechten Winkel schneidet, wird der Betriebswinkel θs der ersten Achse S1 aus dem Winkel erhalten, der vom Vektor vom Punkt B' zum Punkt T und dem Vektor vor dem Drehen der ersten Achse S1 gebildet wird.
Wie in der 11 gezeigt wird, wenn die Koordinaten des Punktes B' gleich B' (XB', TB', ZB') und der Neigungswinkel des Drehverhinderungsmechanismusses in der Richtung der Y-Achse durch θ2 dargestellt wird, der Vektor vor dem Drehen der ersten Achse S1, der durch V 1 (xv1, yv1, zv1) dargestellt wird, wie folgt erhalten, wobei seine Länge V1 gleich 1 ist: xv1 = XB' yv1 = YB' + cos θ2 zv1 = ZB' – sin θ2.
Wenn der Vektor vom Punkt B' zum Punkt T durch V2 dargestellt wird, wird der Betriebswinkel θs der ersten Achse S 1 wie folgt erhalten:
Der Betriebswinkel θt der dritten Achse ist dann gegeben durch θt = ZR – θs.
Nachdem die Koordinaten S (XS, YS, ZS) des oberen Substrats 13 an der ersten Achse S1 wie beschrieben erhalten wurden, kann die Länge von jedem der Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C bestimmt werden.
Zuerst werden, wie in der 12 gezeigt, die Koordinaten der Schwenkpunkte der drei Expansionsstellglieder 15A, 15B, 15C am unteren Substrat 12 durch (x01, y01, z01), (x02, y02, z02) und (x03, y03, z03) dargestellt, und die Koordinaten an den Drehpunkten (Kugelgelenken) am oberen Substrat 13 werden durch (x11, y11, z11), (x12, y12, z12) und (x13, y13, z13) dargestellt. Mit L1, L2, L3 werden die Abstände zwischen den Schwenkpunkten der einzelnen Expansionsstellglieder bezeichnet und mit ws der Abstand zwischen dem Punkt S und jedem der oberen Schwenkpunkte.
Wenn θ1 der Neigungswinkel des Drehverhinderungsmechanismusses in der Richtung der X-Achse und θ2 dessen Neigungswinkel in der Richtung der Y-Achse ist, gelten die folgenden Beziehungen: tan θ1 = XS / ZS tan θ2 = YS / ZS.
Die Koordinaten des oberen Schwenkpunktes des Expansionsstellgliedes 15A sind deshalb gegeben durch x11 = XS y11 = YS – ws·cos θ2 z11 = ZS + ws·sin θ2.
Die Koordinaten des oberen Schwenkpunktes des Expansionsstellgliedes 15B sind gegeben durch x12 = XS – ws·cos 30°·cos θ1 y12 = YS + ws·sin 30°·cos θ2 z12 = ZS – ws·sind 30°·sin θ2 + ws·cos 30°·sin θ1.
Die Koordinaten des oberen Schwenkpunktes des Expansionsstellgliedes 15C sind gegeben durch x13 = XS + ws·cos 30°·cos θ1 y13 = YS + ws·sin 30°·cos θ2 z13 = ZS – ws·sin 30°·sin θ2 – ws·cos 30°·sin θ1.
Die Längen der einzelnen Expansionsstellglieder können damit auf der Basis dieser Beziehungen wie folgt erhalten werden: L12 = (x11 – x01)2 + (y11 – y01)2 + (z11 – z01)2 L22 = (x12 – x02)2 + (y12 – y02)2 + (z12 – z02)2 L32 = (x13 – x03)2 + (y13 – y03)2 + (zl3 – z03)2
Auf diese Weise können das Ausmaß der Expansion der Expansionsstellglieder und das Ausmaß der Rotation der Dreiachsen-Rotationseinheit um die drei Achsen ineinander umgewandelt werden.
Die 13A und 13B sind eine Vorderansicht bzw. eine Aufsicht des bzw. auf den Aufbau einer sich automatisch ausrichtenden Klemme, die als die Klemme 60 verwendet wird. In einem Basisblock 61 ist ein Luftzylinder ausgebildet, in den Luftzylinder sind Kolbenstangen 62, 63 eingesetzt, die sich nach links und rechts erstrecken, deren distale Enden durch Halter 64, 64 fixiert sind. Der Basisblock 61 ist an der dritten Platte 40 der Dreiachsen-Rotationseinheit angebracht und der Luftzylinder mit einer Luftquelle verbunden (nicht gezeigt).
An den Haltern 64 sind Backen 65 angebracht. Durch das Steuern des Luftdrucks, der dem Luftzylinder zugeführt wird, können die Backen 65 das Rohr 91 der Abgasanlage zwischen sich aufnehmen und festhalten, wie es gestrichelt in der 13A dargestellt ist, oder das Rohr 91 freigeben, wie es in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Wenn das Rohr 91 sich zwischen den Backen 65 befindet, bewegen sich der linke und der rechte Halter 64 durch eine nicht gezeigte Gelenkverbindung im gleichen Hub aufeinander zu, so daß die Backen 65 das Rohr immer an der Mittellinie M halten, die durch den Mittelpunkt P der Klemme verläuft.
In der 14 ist ein Beispiel für eine modifizierte Klemme gezeigt. In diesem Beispiel erstreckt sich eine Kolbenstange 62 von nur einer Seite des Basisblocks 61' weg, und einer Halter 64 ist am distalen Ende der Kolbenstange 62 befestigt, während die Aufnahmebacke 66 an der anderen Seite des Basisblocks 61' befestigt ist.
Beim Zuführen von Druckluft zu dem Luftzylinder im Basisblock 61' drückt die am Halter 64 angebrachte Backe 65 das Rohr 91 gegen die Aufnahmebacke 66 und hält so das Rohr 91 fest. Auch in diesem Fall läßt sich die Betriebsposition der Klemme leicht bestimmen, da die Position der Aufnahmebacke 66 feststeht.
Die 15A und 15B zeigen ein weiteres Beispiel einer Klemme, die als Klemme 50 zum Festhalten eines Flansches verwendet werden kann, der an einen Endabschnitt eines Abgasrohrs angeschweißt wird, wobei die 15A den Freigabezustand der Klemme zeigt und die 15B den Haltezustand.
Am vorderen Ende einer feststehenden Basis 51 ist ein Anschlagblock 52 vorgesehen, und am hinteren Ende der Basis 51 ist ein Basisblock 53 vorgesehen, in dem ein Luftzylinder ausgebildet ist. An der in den Luftzylinder eingesetzten Kolbenstange 54 ist ein beweglicher Stab 55 derart befestigt, daß der Stab 55 zwischen dem Anschlagblock 52 und dem Basisblock 53 hin und her beweglich ist. An den linken und rechten Endabschnitten des beweglichen Stabs 55 sind Haltehebel 56 angebracht.
In jedem der Haltehebel 56 sind in dessen Längsrichtung Führungslöcher 57 ausgebildet. Stifte 58 an den linken und rechten Endabschnitten des Anschlagblocks 52 greifen entsprechend in die Führungslöcher 57 ein. Jeder der Haltehebel 56 weist an seinem vorderen Ende einen L-förmigen Festhalteabschnitt 59 auf.
Das Führungsloch 57 verläuft im vorderen Endabschnitt des Haltehebels 56 im wesentlichen gerade und zeigt im hinteren Endabschnitt des Hebels 56 nach innen. Wenn die Kolbenstange 54 ausgefahren wird, um den beweglichen Stab 55 zum Anschlagblock 52 hin zu schieben, wie es in der 15A gezeigt ist, werden die Haltehebel 56 in den offenen Zustand gebracht, in dem die vorderen Enden der Hebel 56 vom Rohr 91 entfernt sind. In diesem Zustand wird der Flansch 90 an den Anschlagblock 52 angelegt und das Rohr 91 in ein Loch des Flansches eingesetzt. Der Anschlagblock 52 ist mit Stiften 52a versehen, die in Schraubenlöcher im Flansch 90 passen, wobei die Stifte 52a zum Positionieren des Flansches verwendet werden. Im Anschlagblock 52 ist auch eine Vertiefung 52b ausgebildet, die das Ausmaß des Einführens des Rohrs 91 bestimmt.
Wenn die Kolbenstange 54 zurückgezogen wird und sich der bewegliche Stab 55 zum Basisblock 53 bewegt, drehen sich die vorderen Endabschnitte der Haltehebel 56 nach innen und bewegen sich nach hinten, wie es in der 15B gezeigt ist, um den Flansch 90 gegen den Anschlagblock 52 zu drücken.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind an der Basis eine Anzahl von lokalen Haltevorrichtungen 10A, 10B; 10C, 10D angebracht, und an den Haltevorrichtungen sind die Klemmen 50, 60 und 70 angebracht, die entsprechend den Teilen der Abgasanlage ausgewählt werden.
Bei einem typischen Anwendungsbeispiel wird das Ausmaß der Expansion der Expansionsstellglieder 15 und das Ausmaß der Drehung der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 um die drei Achsen entsprechend den Haltepositionen und der Art der zu haltenden Teile durch Lernen oder Dateneingabe eingestellt. Die diesen Werten der Expansion und Drehung entsprechenden Daten werden dann zur weiteren Verwendung gespeichert.
Die 16 ist ein Flußdiagramm für den Betrieb der Steuervorrichtung 4 in verschiedenen Moden zum Steuern der lokalen Haltevorrichtungen 10.
Wenn im Schritt 200 die Stromversorgung der Steuervorrichtung 4 eingeschaltet wird, wird der Schritt 201 ausgeführt, um eine von vier Moden auszuwählen, d. h. "Lernen", "Manuell", "Automatisch" oder "Daten". In diesem Schritt werden die vier Moden am Display 8 angezeigt, und der Bediener wählt eine der Moden aus und gibt die ausgewählte Mode mittels der Tastatur 7 ein.
Wenn der Modus "Lernen" gewählt wird, geht die Steuerung zum Schritt 202 weiter, um die Punktnummer der Position auszuwählen, die in den folgenden Schritten einzustellen ist. Die Punktnummer kann zum Beispiel im Bereich von 1 bis 100 gewählt werden.
Wenn die Punktnummer ausgewählt und die Auswahl im Schritt 5203 bestätigt und eingegeben ist, wird der Schritt 204 ausgeführt, um zu prüfen, ob sich jedes der Expansionsstellglieder 15 und jede der drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 in der Aus- Ausgangsposition befindet oder nicht, das heißt ob die jeweilige Bezugsposition bestätigt wurde oder nicht. Wenn sich eines der Expansionsstellglieder oder eine der drei Achsen nicht in der Ausgangsposition befindet, wird der Schritt 205 ausgeführt, um zur Ausgangsposition oder Bezugsposition zurückzukehren.
Wenn sich alle Expansionsstellglieder 15 und alle drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 in der Bezugsposition befinden, geht die Steuerung zum Schritt 206 über, in dem der Jog-Hebel 9 so betätigt wird, daß die Klemmen bewegt und positioniert werden.
Im Schritt 207 werden die Verschiebungsdaten, die aus dem Ausmaß der Expansion der einzelnen Expansionsstellglieder 15 und dem Ausmaß der Drehung der drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 bestehen, am Display 8 angezeigt.
Im Schritt 208 werden die Daten für die Koordinaten der gegenwärtigen Position des Klemmenabschnitts, d. h. die Positionskoordinaten (X, Y, Z) des Klemmenmittelpunktes P und der Winkel (AR, BR) der Klemmen-Befestigungsplatte (der dritten Platte 40) am Display 8 angezeigt.
Die in den Schritten 207 und 208 angezeigten Daten können durch Schaltvorgänge und dergleichen abwechselnd auf dem Display 8 erscheinen.
Wenn im Schritt 209 eine Ausführungstaste auf der Tastatur 7 gedrückt wird, werden die Positions-Koordinatendaten als Daten für die im Schritt 203 eingestellte Punktnummer im internen Speicher 46 gespeichert.
Wenn im Schritt 201 der Modus "Manuell" ausgewählt wird, geht die Steuerung zum Schritt 210 weiter, um eines oder mehrere der Expansionsstellglieder 15 auszuwählen, die ausgefahren oder eingezogen werden sollen, oder eine Achse oder die Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30, die zu drehen ist (sind). Es können alle Stellglieder und Achsen ausgewählt werden oder eine bestimmte Achse oder ein bestimmtes Stellglied, so daß nur die ausgewählte Achse oder das ausgewählte Stellglied bewegt werden.
Auf den Schritt 210 folgt der Schritt 211, in dem der Jog-Hebel 9 betätigt wird, um die Klemme zu bewegen und zu positionieren. Im Schritt 212 werden die Verschiebungsdaten auf dem Display 8 angezeigt, die aus dem Ausmaß der Expansion der einzelnen Expansionsstellglieder 15 und dem Ausmaß der Rotation der drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 infolge der Betätigung des Jog-Hebels 9 bestehen. Im Schritt 213 werden die Koordinatendaten für die gegenwärtige Position der Klemme am Display 8 angezeigt. Dadurch wird es möglich, die Klemme zu der gewünschten Position und in die gewünschte Stellung zu bringen, während die Anzeigedaten am Display 8 bestätigt werden.
Der Modus "Automatisch" wird nur dann ausgewählt, wenn im oben beschriebenen Modus "Lernen" oder im später beschriebenen Modus "Daten" bereits Positions-Koordinatendaten im internen Speicher 46 gespeichert wurden.
Wenn im Schritt 201 der Modus "Automatisch" ausgewählt wird, geht die Steuerung zum Schritt 220 weiter, um zu prüfen, ob sich die Expansionsstellglieder 15 und die drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 in der Ausgangsposition befinden. Wenn sich eines der Expansionsstellglieder oder eine der drei Achsen nicht in der Ausgangsposition befindet, wird der Schritt 221 ausgeführt, um zur Ausgangsposition oder Bezugsposition zurückzukehren.
Wenn sich alle Expansionsstellglieder 15 und alle drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 in der Bezugsposition befinden, wird der Schritt 222 ausgeführt, um die Punktnummer und die Programmnummer auszuwählen. Es ist bereits eine Anzahl von Programmen für die verschiedenen Arten und Größen der Klemmen, die an den lokalen Haltevorrichtungen 10 angebracht werden, und für andere Parameter vorbereitet.
Wenn im Schritt 223 die Punktnummer und die Programmnummer eingegeben und bestätigt wurden, wird der Schritt 224 ausgeführt, um das ausgewählte Programm zu starten. Im Schritt 225 werden dann die Verschiebungen der Expansionsstellglieder und der Dreiachsen-Rotationseinheit berechnet, die erforderlich sind, um die für die ausgewählte Punktnummer eingestellten Positionskoordinaten zu erhalten, und die einzelnen Motoren werden entsprechend den berechneten Verschiebungen angesteuert, um die Stellglieder und die Rotationseinheit in die eingestellten Positionen zu bringen. Die Steuerung kehrt dann zum Schritt 222 zurück, damit der Bediener die Punktnummer und die Programmnummer für die nächste lokale Haltevorrichtung auswählen kann.
Im Modus "Daten" werden die Positionsdaten für jeden Punkt bestätigt und in den Speicher eingeschrieben.
Wenn im Schritt 201 der Modus "Daten" ausgewählt wird, geht die Steuerung zuerst zum Schritt 230, um die Punktnummer für die Position auszuwählen, die in den folgenden Schritten eingestellt wird. Nachdem die Punktnummer gewählt wurde und die Auswahl im Schritt 231 eingegeben und bestätigt wurde, werden die gegenwärtigen Verschiebungsdaten für jedes der Expansionsstellglieder 15 und die drei Achsen der Dreiachsen-Rotationseinheit 30 am Display 8 angezeigt, und im Schritt 233 werden die entsprechenden Positions-Koordinatendaten angezeigt. Die Verschiebungsdaten und die Positions-Koordinatendaten können mittels Umschalten oder ein anderes Verfahren abwechselnd angezeigt werden.
Wenn über die Tastatur 7 im Schritt 234 ein Befehl zum Ändern der Einstellung eingegeben wird, wird die Steuervorrichtung 4 in einen Zustand versetzt, der die Eingabe von Daten erlaubt, und es wird der Schritt 235 ausgeführt, um neue Positions-Koordinatendaten einzugeben. Im Schritt 236 werden die Verschiebungsdaten zum Erhalten der neuen Positionskoordinaten am Display 8 angezeigt.
Wenn im Schritt 237 schließlich eine Ausführungstaste auf der Tastatur 7 gedrückt wird, werden die obigen Positions-Koordinatendaten im internen Speicher 46 als Daten für die im Schritt 230 eingestellte Punktnummer gespeichert.
In der dargestellten Ausführungsform wurden die Hauptfunktionen der Einspannvorrichtung erläutert, das heißt das Halten und Fixieren von Komponententeilen, die eine Auspuffanlage bilden. Die Einspannvorrichtung kann jedoch nicht nur zum Halten und Fixieren von Teilen, sondern auch zum Ausführen anderer Funktionen verwendet werden.
Zum Beispiel können die Teile oder zusammengebauten Gegenstände dadurch in eine Montagelinie oder daraus heraus transportiert werden, daß einige der Klemmen freigegeben und die Expansionsstellglieder 15 und die Dreiachsen-Rotationseinheit 30 angesteuert werden, während eine bestimmte Klemme oder bestimmte Klemmen im Haltezustand verbleiben. Wenn die Vorrichtung vorab programmiert wird, kann die Einspannvorrichtung sofort aufgestellt oder in Position gebracht werden, wodurch es einfach wird, verschiedene Arten von Teilen in der gleichen Montagelinie zusammenzubauen.
Die im "Lernen"- oder "Daten"-Modus gespeicherten Daten können außer im internen Speicher 46 auch in verschiedenen Arten von Speichermedien gespeichert werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Klemme an der lokalen Haltevorrichtung 10 angebracht, die an der Basis 2 befestigt ist und die den dreibeinigen Roboter 11 und die Dreiachsen-Rotationseinheit 30 umfaßt, wobei die lokale Haltevorrichtung 10 so gesteuert wird, daß die Klemme in die gewünschte Position und Stellung gebracht wird.
Wenn viele verschiedene Arten von Auspuffanlagen für verschiedene Arten oder Versionen von Fahrzeugen zusammengebaut werden, ist es daher nicht erforderlich, eine Einspannvorrichtung durch eine andere Einspannvorrichtung zu ersetzen, die ausschließlich für die Auspuffanlage verwendet wird, die als nächstes zusammenzubauen ist. Der Bediener braucht daher keine schwere Arbeit zu verrichten, um die Einspannvorrichtungen auszutauschen, und das Vorbereiten der Einspannvorrichtung kann in kurzer Zeit erfolgen. Auch ist der Speicherplatz für die Einspannvorrichtungen, die für Ersatzteile aufzubewahren sind, vorteilhaft verringert.
Wenn die Expansionsstellglieder 15 der lokalen Haltevorrichtung 10 ausgefahren oder eingezogen werden, um die Klemme zu bewegen, hält die Steuervorrichtung 4 die Stelle der Klemme konstant, so daß durch Ausmessen oder ein anderes Verfahren leicht ein "Lernen" erfolgen kann. Die Positions-Koordinatendaten werden außerdem angezeigt, so daß die eingestellte Position mit hoher Genauigkeit bestätigt werden kann.
Die durch Lernen erhaltenen Positions-Koordinatendaten und die entsprechenden Verschiebungsdaten für jede Achse werden in einem Speicher gespeichert, so daß diese Daten für eine schnelle Einstellung einer Einspannvorrichtung verwendet werden können, um eine Klemme zu einer erforderlichen oder gewünschten Halteposition zu bringen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Anzahl von lokalen Haltevorrichtungen 10 an der horizontalen Basis 2 angebracht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt, sondern es kann auch eine Anzahl von lokalen Haltevorrichtungen an einer vertikalen Basis angebracht werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform wird die Einspannvorrichtung zum Halten der Teile einer Auspuffanlage verwendet, der von der Einspannvorrichtung zu haltende Gegenstand ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann außerdem nur eine lokale Haltevorrichtung an einer Basis angebracht sein, abhängig von dem Teil, der von der Einspannvorrichtung zu halten ist.
Für die Antriebsmotoren 18 der Expansionsstellglieder und die Steuermotoren 33, 37, 42 der Dreiachsen-Rotationseinheit wurden Schrittmotoren verwendet, es können jedoch auch andere Arten von Motoren wie Servomotoren verwendet werden.
Wie beschrieben ist die Klemme an der lokalen Haltevorrichtung angebracht, die mit drei Expansionsstellgliedern versehen ist, wobei die Position der Klemme durch Verändern der Länge (oder Verschiebung) der einzelnen Expansionsstellglieder entsprechend einem Befehl von der Steuervorrichtung geändert werden kann. Da die Position der Klemme wie gewünscht verändert werden kann, kann an einer Basis eine geeignete Anzahl von lokalen Haltevorrichtungen angebracht werden, deren Klemmen in die gewünschte Position gebracht werden, um verschiedene Gegenstände festhalten zu können. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, eine Einspannvorrichtung, die ausschließlich für den gegenwärtigen Gegenstand verwendet wird, durch eine Einspannvorrichtung zu ersetzen, die ausschließlich für den nächsten festzuhaltenden Gegenstand verwendet wird. Der Bediener braucht daher keine schwere Arbeit zu verrichten, um die Einspannvorrichtungen auszutauschen, und das Vorbereiten der Einspannvorrichtung kann in kurzer Zeit erfolgen. Auch ist der Speicherplatz für die Einspannvorrichtungen, die für Ersatzteile aufzubewahren sind, vorteilhaft verringert.
Die Expansionsstellglieder befinden sich zwischen dem unteren Substrat und dem oberen Substrat, und auch der Drehverhinderungsmechanismus ist zwischen diesen Substraten vorgesehen. Mit dieser Anordnung läßt sich die Position der Klemme durch Ändern der Ausdehnung der Stellglieder steuern. Die Dreiachsen-Rotationseinheit ist so angebracht, daß der Winkel der Klemme wie gewünscht eingestellt werden kann.
Die Expansionsstellglieder des dreibeinigen Roboters und die Dreiachsen-Rotationseinheit können jeweils mittels der Schrittmotoren oder Servomotoren angetrieben werden. Durch das Steuern der Drehwinkel der Schrittmotoren oder Servomotoren können die Stellglieder und die Dreiachsen-Rotationseinheit leicht so bewegt werden, daß mit hoher Zuverlässigkeit die Verschiebungen erhalten werden, die von der Recheneinrichtung berechnet wurden.
Während der dreibeinige Roboter zum Bewegen der Klemme betrieben wird oder nach der Bewegung wird die Dreiachsen-Rotationseinheit so gesteuert, daß die Stellung der Klemme konstant gehalten wird. Mit dieser Anordnung können leicht Lernvorgänge durchgeführt werden. Die als Ergebnis des Lernens erhaltenen Verschiebungsdaten oder diesbezüglichen Positionsdaten werden automatisch in einer Speichereinrichtung gespeichert, so daß die nächste Einstellung der Verschiebung oder Position einfach durch Auswahl der geeigneten Daten aus den gespeicherten Daten erfolgen kann.
Die gegenwärtigen Verschiebungsdaten oder diesbezüglichen Positionsdaten des dreibeinigen Roboters oder der Dreiachsen-Rotationseinheit werden auf einem Display angezeigt, wodurch der Benutzer in der Lage ist, zum Beispiel im Lernmodus die Einstellbedingungen mit hoher Genauigkeit zu bestätigen.

Claims

Einspannvorrichtung zum Halten eines Gegenstands, mit einer Basis (2); einer an der Basis befestigten lokalen Haltevorrichtung (10) mit einem dreibeinigen Roboter (11), der drei Expansionsstellglieder (15) aufweist; und mit einer an der lokalen Haltevorrichtung angebrachten Klemme (50, 60, 70); wobei die Stellung der Klemme veränderbar ist, indem die Länge jedes der Expansionsstellglieder abhängig von dem zu haltenden Gegenstand gemäß einem Befehl von einer Steuervorrichtung (4) geändert wird.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der dreibeinige Roboter (11) ferner ein unteres Substrat (12), ein oberes Substrat (13) und einen zwischen dem unteren und dem oberen Substrat angeordneten Drehverhinderungsmechanismus (20) zum Verhindern einer Torsionsdrehung des unteren und des oberen Substrats relativ zueinander aufweist, wobei die drei Expansionsstellglieder (15) zwischen dem unteren und dem oberen Substrat angeordnet sind, und wobei die lokale Haltevorrichtung ferner eine Dreiachsen-Rotationseinheit (30) mit Elementen (31, 35, 40), die um drei sich einander rechtwinklig schneidende Achsen (S1, S2, S3) drehbar sind, aufweist, wobei die Dreiachsen-Rotationseinheit an dem oberen Substrat des dreibeinigen Roboters angebracht ist und gemäß einem Befehl von der Steuervorrichtung (4) arbeitet.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drehverhinderungsmechanismus (20) aufweist zwei parallele Buchsen (23), die mit dem unteren Substrat (12) mit zwei Freiheitsgraden und in einem vorbestimmten Abstand voneinander verbunden sind, und zwei Gleitstangen (24), die an dem oberen Substrat (13) befestigt sind und parallel zueinander verlaufen, so daß die zwei Gleitstangen jeweils von den zwei parallelen Buchsen geführt werden.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Expansionsstellglieder (15) des dreibeinigen Roboters (11) und die Dreiachsen-Rotationseinheit (30) von Schrittmotoren oder Servomotoren (18, 33, 37, 42) angetrieben werden, und wobei die Steuervorrichtung (4) eine Recheneinrichtung (45) zum Berechnen der Verschiebung jedes der Expansionsstellglieder und der Dreiachsen-Rotationseinheit für die Stellung der Klemme (50, 60, 70) und zum Steuern der Drehung der Schrittmotoren bzw. Servomotoren gemäß der Verschiebung umfaßt.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung (4) die Dreiachsen-Rotationseinheit (30) steuert, während der dreibeinige Roboter (11) zum Bewegen der Klemme (50, 60, 70) betrieben wird oder nach dem Bewegen der Klemme, so daß die Klemme in einer vorbestimmten Ausrichtung gehalten oder neu positioniert werden kann.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuervorrichtung (4) ferner aufweist eine manuelle Betätigungseinrichtung (7, 9) zum Betätigen des dreibeinigen Roboters (11) und der Dreiachsen-Rotationseinheit (30); und eine Speichereinrichtung (46), wobei die Recheneinrichtung (45) dazu ausgelegt ist, Verschiebungsdaten oder zugehörige Positionsdaten des dreibeinigen Roboters (11) oder der Dreiachsen-Rotationseinheit (30), die von der manuellen Betätigungseinrichtung betätigt werden, zu berechnen und die Verschiebungsdaten bzw. zugehörigen Positionsdaten in der Speichereinrichtung zu speichern.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung (4) eine Anzeige (8) aufweist, an der die gegenwärtigen Verschiebungsdaten bzw. zugehörigen Positionsdaten des dreibeinigen Roboters (11) oder der Dreiachsen-Rotationseinheit (30) angezeigt werden können.
Einspannvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere der lokalen Haltevorrichtungen (10A, 10B, 10C, 10D) so auf der Basis (2) angeordnet sind, daß die Klemmen (50, 60, 70) der lokalen Haltevorrichtungen zum Halten der einzelnen Teile (91, 92, 93) eines Gegenstands positioniert werden können.
Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei der Gegenstand aus einer Auspuffanlage und deren Teilen besteht, einschließlich einem vorderen Rohr (91), einem hinteren Rohr (93) und einem Auspufftopf (92), und wobei die Klemmen (50, 60, 70) der lokalen Haltevorrichtungen (10A, 10B, 10C, 10D) jeweils zum Halten des vorderen Rohrs, des hinteren Rohrs bzw. des Auspufftopfs vorgesehen sind, derart, daß das vordere Rohr und das hintere Rohr jeweils an einen vorderen bzw. einen hinteren Abschnitt des Auspufftopfs angeschlossen werden können.
Verfahren zum Halten eines Gegenstands mit mehreren Teilen, wobei mehrere lokale Haltevorrichtungen (10A, 10B, 10C, 10D) auf einer Basis (2) entsprechend den jeweiligen Teilen des Gegenstands angeordnet werden, wobei die lokalen Haltevorrichtungen jeweils eine Klemme (50, 60, 70) und einen dreibeinigen Roboter (11) mit drei Expansionsstellgliedern (15A, 15B, 15C) aufweisen; wobei die Expansion oder Kontraktion jedes der Expansionsstellglieder so gesteuert wird, daß die Teile des Gegenstands in ausgewählten Positionen und Ausrichtungen angeordnet werden können, wenn der Gegenstand von den Klemmen gehalten wird; und wobei die Klemmen zum Halten der einzelnen Teile des Gegenstands in die ausgewählten Positionen und Ausrichtungen gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Gegenstand aus einer Auspuffanlage und deren Teilen besteht, einschließlich einem vorderen Rohr (91), einem hinteren Rohr (93) und einem Auspufftopf (92), und wobei die Expansion oder Kontraktion jedes der Expansionsstellglieder (15A, 15B, 15C) so gesteuert wird, daß sich die jeweiligen Klemmen (50, 60, 70) so positionieren und ausrichten, daß, wenn das vordere Rohr, das hintere Rohr und der Auspufftopf von den jeweiligen Klemmen gehalten werden, das vordere Rohr und das hintere Rohr jeweils an einen vorderen bzw. einen hinteren Abschnitt des Auspufftopfs angeschlossen werden können.