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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Handhabung bzw. Positionierung von Bauteilen bzw. Werkzeugen mit einem verwindungssteifen Tragkörper, der aus zwei Tragplatten und zwei Stützplatten besteht, und mit zwei im rechten Winkel zueinander und parallel zu den Stützplatten verlaufenden Führungsbahnen, auf welchen ein mit einer Verstellvorrichtung gekuppelter Zwischenträger verschiebbar angeordnet ist, sowie mit einer Vorrichtung zur Positionierung des Zwischenträgers.
Bei einer bekannten Einrichtung zur Handhabung bzw. Positionierung von Bauteilen - gemäss DE-OS 29 30 006 - sind die den Zwischenträger bzw. Schlitten lagernden Führungsbahnen an den Stützplatten direkt befestigt.
Durch diese Anordnung an den Stützplatten ist die Justierung der Führungssäulen aufeinander, sodass ein
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OS 22 35 799 - bei der die Führungssäulen in zwei voneinander distanzierten Endlagerstellen gelagert sind. Im Bereich einer der Endlagerstellen sind die Führungssäulen in zwei voneinander distanzierten Lagerböcken geführt.
Ein Hinweis, dass durch eine bestimmte Anordnung von Führungssäulen eine höhere Steifigkeit desselben in mehrere Raumrichtungen in Art eines Fachwerkes erzielt werden kann, ist diesem Vorhalt nicht zu entnehmen.
Auch den bekannten Einrichtungen gemäss EP-A1 155 362 sind keine näheren Hinweise zu entnehmen, ob und wie Führungssäulen angeordnet sind oder sein sollen, um einen Schlitten oder einen Zwischenträger in dem andeutungsweise in dieser Druckschrift dargestellten Gehäuse zu lagern.
Eine weitere bekannte Einrichtung zur Handhabung von Bauteilen-DE-OS 30 35 191 des gleichen Anmelders - weist mehrere geradlinige, winkelig zueinander ausgerichtete Führungsbahnen auf, mit welchen ein Greiforgan in mehreren winkelig zueinander verlaufenden Raumrichtungen verstellbar ist. Zur Begrenzung der Bewegungen der Maschinenteile bzw. Greiforgane entlang der Führungsbahnen in den verschiedenen Raumrichtungen sind mechanische Endanschläge vorgesehen. Werden dabei in einer Endstellung unterschiedlich positionierte Anschläge in die Bewegungsbahn der einzelnen Maschinenteile bzw. Greiforgane verbracht, so ist es möglich, mehrere unterschiedliche Endstellungen mit dem Greiforgan entlang der Längsführungsbahn anzufahren.
Derartige Einrichtungen zur Handhabung von Bauteilen haben sich in der Praxis sehr gut bewährt, da auch bei einer grossen Anzahl von Arbeitsspielen und grossen schnellbewegten Massen die einzelnen Positionen exakt reproduzierbar sind. In manchen Anwendungsfällen reicht jedoch die Anzahl der möglichen Endstellungen bzw.
Positionierungen der Maschinenteile bzw. Greiforgane nicht aus.
Weiters sind auch bereits Einrichtungen zum Handhaben von Bauteilen bekannt - US-PS 3 760 956 -, die in der Praxis vielfach auch als Roboter bezeichnet werden. Mit diesen Einrichtungen ist es möglich, beliebige Positionen bzw. Endstellungen entlang einer Führungsbahn anzufahren. Diese verschiedenen Positionen werden entweder durch eine kontinuierlich wirksame Vorrichtung zur Positionserfassung der bewegten Maschinenteile bzw. Greiforgane oder deren Antriebsorgane bzw. durch entlang der Führungsbahn verstellbare Endanschläge gebildet, die eine verzögernde Bewegung des Maschinenteiles bzw. Greifers über den Antrieb und ein möglichst massgenaues Anhalten derselben in der gewünschten Position ermöglichen sollen.
Diese Vorrichtungen haben sich in jenen Bereichen, in welchen eine Vielzahl von Arbeitsspielen in kurzen Zeitabschnitten mit hoher Geschwindigkeit vorzunehmen ist, nicht bewährt, da die gleichen Positionen bzw. Endstellungen in aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen nicht exakt genug reproduzierbar bzw. die Kosten für derartige Einrichtungen verhältnismässig hoch sind.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Herstellung bzw. Handhabung von Bauteilen bzw. Werkzeugen zu schaffen, deren Zwischenträger bzw. Manipulationsvorrichtungen entlang einer Führungsbahn in beliebigen Endstellungen massgenau positioniert werden können. Darüberhinaus soll es möglich sein, gleichbleibende Positionen entlang der Führungsbahn auch bei einer Vielzahl von Arbeitsspielen exakt zu reproduzieren.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Führungsbahnen durch Führungssäulen gebildet sind, wobei die nur in ihren voneinander distanzierten Endbereichen in den Tragplatten gelagerten Führungssäulen in einer schräg zur Horizontalen verlaufenden Ebene angeordnet sind.
Der Vorteil dieser erfindungsgemässen Lösung liegt darin, dass beispielsweise durch die gemeinsame Herstellung der Tragplatten, insbesondere der Bohrungen zur Aufnahme der Führungssäulen, ein Parallellauf der Führungssäulen relativ einfach erreicht werden kann und nur im Bereich der beiden Tragplatten eine Lagerstelle für diese Führungssäulen vorgesehen werden muss. Eine Bearbeitung der Oberflächen der Stützplatten kann dadurch eingespart werden. Dazu kommt, dass durch die Anordnung der Führungssäulen in einer schräg zur Vertikalen verlaufenden Ebene der Tragkörper räumlich versteift wird, sodass das Schwingungsverhalten verbessert wird und darüberhinaus die Belastbarkeit der Führungssäulen durch die in der schräg zur Vertikalen verlaufenden Ebene angeordneten Führungssäulen in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen erhöht wird.
Durch die massive Abstützung der Tragplatten über die Stützplatten wird überdies einer Verbiegung der Führungssäulen zusätzlich entgegengewirkt. Erfindungsgemäss ist es weiters aber auch möglich, dass ein Zylindergehäuse der Verstellvorrichtung und eine Positioniervorrichtung für den Zwischenträger in etwa spiegelbildlich zu den Führungssäulen, bezogen auf eine mittig zwischen diesen verlaufende Vertikalebene, angeordnet sind, wodurch eine kompakte Baueinheit mit etwa quadratischem bzw. rechteckigem Querschnitt gebildet werden kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einrichtung zur Handhabung bzw. Positionierung von Bauteilen bzw.
Werkzeugen in schaubildlicher Darstellung stark vereinfacht ;
Fig. 2 eine Ausführungsvariante einer Einrichtung zur Handhabung bzw. Positionierung von Bauteilen bzw.
Werkzeugen in Seitenansicht und geschnitten gemäss den Linien (n-H) in Fig. 3 ;
Fig. 3 die Einrichtung nach Fig. 2 in Stirnansicht, geschnitten gemäss den Linien (m-in) in Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine Einrichtung (1) zum Handhaben bzw. Positionieren von Bauteilen (2) bzw. Werkzeugen dargestellt. Eine Greifvorrichtung (3) ist auf einem Zwischenträger (4) befestigt, der entlang einer Führungsbahn (5), die im vorliegenden Fall durch geradlinige Führungssäulen (6) gebildet wird, verschiebbar gelagert ist. Zum Verschieben des Zwischenträgers (4) dient eine Verstellvorrichtung (7), die durch eine, z. B. mit Druckmittel beaufschlagbare Zylinderkolben-Anordnung (8) gebildet ist. Die Führungssäulen (6) sind in einem weiteren Zwischenträger (9) verschiebbar gelagert, der seinerseits entlang einer Führungsbahn (10), die durch geradlinige Führungssäulen (11) gebildet ist, mit einer Verstellvorrichtung (12), z. B. einer kolbenstangenlosen Zylinderkolben-Anordnung (13), verstellbar ist.
Der Zwischenträger (9) ist über einen Mitnehmer (14) mit dem beweglichen Kolben der Zylinderkolben-Anordnung (13) verbunden.
Die Führungssäulen (11) der Führungsbahn (10) sind in einer durch strich-zwei-punktierte Linien schematisch angedeuteten Ebene (15), die gegenüber der Horizontalen um einen Winkel (16), bevorzugt 45 , geneigt ist, angeordnet. Dadurch ergeben sich nahezu gleiche Festigkeitseigenschaften der Führungsbahn (10) in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. In den Endbereichen (17) der Führungsbahn (10) sind die Führungssäulen (11) in stirnseitigen Tragplatten (18) gelagert, die über Stützplatten (19) miteinander verbunden sind und einen Tragkörper (20) bilden. Dieser Tragkörper (20) bildet ein in sich steifes Gehäuse, sodass eine sichere Basis für die Lagerung der Führungssäulen (11) in beiden Endbereichen gegeben ist.
Durch diese beidseitige Einspannung der Führungssäulen (11) wird eine ruhige und exakte Führung des Zwischenträgers (9) entlang der Führungsbahn (10) sichergestellt, und es werden Vibrationen des Zwischenträgers, wie sie bei einseitiger Lagerung der Führungssäulen (11) durch den unterschiedlichen Abstand des Zwischenträgers von der Lagerstelle der Führungssäulen, bedingt durch die sich ändernden Biegemomente, auftreten, vermieden.
Zum massgenauen Positionieren der Zwischenträger (4 und 9) sind diese mit Bremsvorrichtungen (21,22) versehen, deren Bremsantriebe (23,24) sich während des Bremsvorganges an den als Bremsflächen dienenden Stützplatten (19 bzw. 25) des Tragkörpers (20) bzw. des Zwischenträgers (4) anlegen.
Um nun an jeder beliebigen Stelle entlang der beiden Führungsbahnen (5 bzw. 10) ein lagegenaues Anhalten der Zwischenträger (4 bzw. 9) zu ermöglichen, ist jedem eine Vorrichtung (26) zur Positionserfassung zugeordnet. Der Einfachheit halber sind die beiden Vorrichtungen (26) zur Positionserfassung für beide Zwischenträger (4 bzw. 9) gleichartig dargestellt, es ist jedoch, ohne von der Erfindung abzuweichen, möglich, anstelle der gezeigten, beliebige andere Vorrichtungen zur Positionserfassung bzw. auch für die einzelnen Zwischenträger unterschiedliche Vorrichtungen einzusetzen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Vorrichtungen (26) zur Positionserfassung beliebige Markierungen, beispielsweise in Form eines Strichcodes (27) oder Impulsspuren auf elektromagnetischer Basis.
Die Stellung der einzelnen Zwischenträger (4 bzw. 9) gegenüber diesen Markierungen bzw. dem Strichcode (27) wird durch einen Lesekopf (28) einer Messvorrichtung (29) abgetastet. Damit ist sichergestellt, dass die exakte Lage der beiden Zwischenträger (4 bzw. 9) über die gesamte Länge der Führungsbahnen (5 bzw. 10) kontinuierlich feststellbar ist.
Die Ausgangssignale von den Messvorrichtungen (29) werden einer Steuervorrichtung (30) zugeführt. In einem Vergleichsglied (31) werden diese Messwerte mit den auf Einstellorganen (32,33) voreingestellten Positionen für die Zwischenträger (4 bzw. 9) verglichen. Die Einstellorgane weisen beispielsweise ein Anzeigefeld (34) auf, in dem die jeweilige, beispielsweise über einen Drehknopf (35) manuell eingestellte Position numerisch angezeigt wird.
In Abhängigkeit von der Masse des Zwischenträgers (4 bzw. 9) und dessen Bewegungsgeschwindigkeit werden die Bremsantriebe (23,24) der Bremsvorrichtungen (21,22) mit dem über eine Pumpe (37) zugeführten Druckmittel beaufschlagt. Über Einstellorgane (38,39) kann die Vorschubgeschwindigkeit der Verstellvorrichtungen (7 bzw. 12) für die Zwischenträger (4 bzw. 9) vor Erreichen der Soll-Lage bzw. der gewünschten Position entsprechend verringert werden bzw. kann der Bremsbeginn bzw. die Zunahme der Bremskraft entsprechend eingestellt werden. Damit wird sichergestellt, dass eine zügige Verzögerung der Zwischenträger (4 bzw. 9) ohne Schlageinwirkung erreicht wird. Überdies wird sichergestellt, dass bei oftmaligem Wiederholen desselben Bewegungsablaufes die Zwischenträger (4 bzw. 9) jeweils exakt in der gewünschten Position angehalten werden können.
Selbstverständlich ist es möglich, anstelle der manuellen Voreinstellung der gewünschten Position diese durch einen Programmgeber, beispielsweise einen Mikroprozessor, vorzugeben und das Erreichen der gewünschten Position anhand der Anzeigefelder (34) zu überwachen. Um auch beim Durchführen von kraftaufwendigen Arbeitsoperationen mit der Greifvorrichtung (3) eine sichere Festlegung der Zwischenträger (4 bzw. 9) sicherzustellen, ist es weiters auch möglich, am Steuerglied (36) mit einem weiteren Einstellorgan die Höhe der mit dem Bremsantrieb ausgeübten Klemmkraft voreinzustellen. Damit kann die Grösse der Blockierkraft und damit indirekt die Grösse der mit der Greifvorrichtung
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(3) ausgeübten Kraft eingestellt bzw. justiert werden.
Weiters können im Zuge der Führungsbahnen (5 bzw. 10) für die Zwischenträger (4 bzw. 9), insbesondere in deren Endbereichen (17,40) Fixanschläge (41) angeordnet sein. Diesen Fixanschlägen können in diese integrierte bzw. zusätzlich angeordnete Abfrageorgane (42) sowie Stossdämpfer (43) zugeordnet sein. Die Anordnung von Fixanschlägen (41), die jedoch in den entsprechenden Tragplatten verstellbar gelagert sein können, ermöglicht eine Überprüfung der exakten Funktion der Vorrichtungen (26) zur Positionserfassung der Zwischenträger. Wird nämlich festgestellt, dass die Zwischenträger (4 bzw. 9) an den Fixanschlägen (41) anliegen, so befinden sie sich in einer eindeutig festgelegten Lage und es kann somit eine Überprüfung des durch die Vorrichtungen (26) angezeigten Messergebnisses in einfacher Weise stattfinden.
Diese Möglichkeit erhöht die Genauigkeit beim oftmaligen Reproduzieren von verschiedenen Positionen der Zwischenträger (4 bzw. 9) entlang der Führungsbahnen (5 bzw. 10). Zu diesem Zweck sind die Abfrageorgane (42) an die Steuervorrichtung (30) angeschlossen.
Die Stützplatten (19) der Einrichtung (1) sind, wie schematisch angedeutet, zumeist auf einer Tischplatte (44) einer Montagemaschine bzw. einer Werkzeugmaschine oder dgl. befestigt.
In Fig. 2 und 3 ist eine Einrichtung (45) zur Handhabung bzw. Positionierung eines Werkzeuges (46) gezeigt. Bei dem Werkzeug (46) handelt es sich um einen Pressstempel (47), mit dem z. B. Gleitbüchsen in einen Lagerblock eingepresst werden können. Die Einrichtung (45) umfasst einen Tragkörper (48), der auf einer Tischplatte (44) eines Maschinentisches befestigt ist. Zum Positionieren des Werkzeuges (46) in vertikaler und horizontaler Richtung sind zwei Zwischenträger (49, 50) vorgesehen. Der Zwischenträger (49) umfasst ein rahmenförmiges Gehäuse (51), in welchem die die Führungsbahn (5) bildenden Führungssäulen (52) befestigt sind. Die Führungssäulen (52) sind im Zwischenträger (50) verschiebbar gelagert.
Zur Relativbewegung des Zwischenträgers (49) gegenüber dem Zwischenträger (50) ist eine Verstellvorrichtung (53) angeordnet. Eine untere Endstellung des Zwischenträgers (49) gegenüber dem Zwischenträger (50) ist durch einen fixen Anschlag (54), dem ein Stossdämpfer (43) zugeordnet ist, festgelegt. Beliebige andere Stellungen des Zwischenträgers (49) gegenüber dem Zwischenträger (50) können durch das Zusammenwirken der Verstellvorrichtung (53) mit der Bremsvorrichtung (55) und deren Bremsantrieben (56) angefahren werden. Die Bremsantriebe (56) kommen dabei an den Innenseiten des Gehäuses (51) des Zwischenträgers (49) zur Anlage und verzögern die Vorwärtsbewegung, bis der Zwischenträger (49) die gewünschte Lage bzw. Position erreicht hat.
Die Ansteuerung der Verstellvorrichtung (53) bzw. der Bremsantriebe (56) kann, wie dies anhand der Fig. 1 erläutert wurde, erfolgen.
Um ein sanftes Anhalten des Werkzeuges (46) am Ende einer Verstellbewegung in horizontaler Richtung entlang der Führungsbahn (10) für den Zwischenträger (50) sicherzustellen, ist diesem Zwischenträger (50) ein Anschlag (57) zugeordnet. Dieser Anschlag (57) ist über Stossdämpfer (58) mit dem Zwischenträger (50) verbunden und auf den Führungssäulen (59) der Führungsbahn (10) verschiebbar gelagert. Weites ist auf diesem Anschlag (57) eine Bremsvorrichtung (60) vorgesehen, deren Bremsantriebe (61) den beiden Führungssäulen (59) zugeordnet sind.
Zur Feststellung der Position bzw. Lage des Zwischenträgers (49 bzw. 50) zueinander bzw. dem Anschlag (57) oder gegenüber den die Führungsbahn (10) lagernden Tragkörper (62) ist dem Anschlag (57) bzw. dem Zwischenträger (50) jeweils eine Vorrichtung (63) zur Positionserfassung zugeordnet. Diese umfasst als Mitnahmeorgan (64) einen Zahnriemen (65), der über am Tragkörper (62) gelagerte Umlenkrollen (66) geführt ist. Eine der Umlenkrollen (66) ist mit einer Messvorrichtung (67) gekuppelt, die die Bewegungen des Mitnahmeorganes (64) kontinuierlich überwacht. Ist diese Messvorrichtung (67) über einen Servomotor (68) bzw. über einen Schrittschaltmotor mit der Umlenkrolle (66) verbunden, so kann das Mitnahmeorgan (64) gleichzeitig als Verstellantrieb (69) verwendet werden.
Es ist aber auch möglich, wie in Fig. 2 und 3 schematisch angedeutet, einer der beiden Führungssäulen, im vorliegenden Fall der unteren Führungssäule (59), eine Zahnstange (70) zuzuordnen, auf der sich ein Ritzel (71) eines Motors (72) abwälzt. Ist dieser Motor als Schrittschaltmotor ausgebildet, erübrigt sich die Anordnung der Vorrichtungen (63), wenn zwischen dem Zwischenträger (50) und dem Anschlag (57) eine Distanz-Messvorrichtung (73) angeordnet ist. Die Position des vorauseilenden Anschlages (57) ergibt sich aus der Stellung des Schrittschaltmotors und der Distanz-Messvorrichtung (73).
Durch die Zuordnung des Anschlages (57) zum Zwischenträger (50) wird in überraschend einfacher und wirkungsvoller Weise erreicht, dass der vorauslaufende, eine geringere Masse aufweisende Anschlag mit relativ geringen Kräften und damit positionsgenau mittels der Bremsantriebe (61) angehalten und fixiert werden kann, worauf die nachfolgende grosse Masse des Zwischenträgers (50) mit dem darauf befestigten Zwischenträger (49) unter Mitausnützung der Verzögerungswirkung des Stossdämpfers (58) abgebremst und in der exakten Position angehalten wird. Die Steuerung der Bewegungsabläufe der einzelnen Verstellantriebe bzw. der Bremsantriebe erfolgt über eine zentrale Steuervorrichtung, die beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, ausgebildet sein kann.
Soll ein schlagfreies und rasches Positionieren unter Verwendung von Anschlägen (57) in beiden Bewegungsrichtungen des Zwischenträgers (50) sichergestellt werden, so sind entweder zwei spiegelbildlich ausgebildete Anschläge (57) anzuordnen oder ein mittiger Anschlag, der über spiegelbildlich angeordnete Stossdämpfer, jeweils unabhängig mit dem Zwischenträger (50), verbunden ist.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Ausführung möglich, die verschiedenen gezeigten Vorrichtungen
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(63) zur Positionserfassung für den Zwischenträger (50) bzw. den Anschlag (57) parallel zueinander anzuordnen. Damit ist es möglich, die Bewegungen der beiden Teile unabhängig voneinander zu überwachen und beispielsweise dann, wenn der Zwischenträger (50) mit einer Bremsvorrichtung (74) gegenüber dem Tragkörper (62) fixiert ist, die Bremsvorrichtung (60) zu lösen, sodass der Anschlag durch die Wirkung des als Verzögerungsvorrichtung dienenden Stossdämpfers (58) in einer neuen nahegelegenen Position festgehalten werden kann.
Dies ist vielfach dann notwendig, wenn aufgrund der grossen Masse und Geschwindigkeit des bewegten Zwischenträgers ein grosser Hub des Stossdämpfers (58) notwendig ist und danach kleine Bauteile in nur um kurze Distanzen versetzte Bereiche abgelegt bzw. bearbeitet werden sollen. Anstelle der aus dem Zahnriemen (65) und den Umlenkrollen (66) gebildeten Vorrichtung (63) ist selbstverständlich auch die Anordnung um Zahnstangen (70) und Ritzel (71) in Verbindung mit dem Motor (72) verwendbar. Zum Feststellen der Position des Zwischenträgers (49) gegenüber dem Zwischenträger (50) können entsprechend gleichartige oder auch anders ausgestaltete Vorrichtungen (63)-wie dies nur schematisch angedeutet istangeordnet sein.
In einem Endbereich der Führungsbahn (10) ist ein Stossdämpfer (43) vorgesehen, sodass beim Verfahren des Zwischenträgers (50) in diese Endstellung ein schlagfreies Anhalten und Begrenzen der Fortbewegung gegeben ist.
Wie aus der Darstellung in Fig. 3 besser zu entnehmen ist, besteht die Bremsvorrichtung (60) aus Bremszangen, die mit einem Antrieb aufeinander zubewegt und auf der Führungssäule (59) festgeklemmt werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Bremsvorrichtung in jeder beliebigen anderen Art und Weise auszubilden. Die Begrenzung der Einpressbewegung des Werkzeuges (46) erfolgt über einen Fixanschlag (76), jedoch ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Längsvorschub des Werkzeuges (46) unter Verwendung der für die Zwischenträger (49, 50) beschriebenen Merkmale zu überwachen und zu steuern.
PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zur Handhabung bzw. Positionierung von Bauteilen bzw. Werkzeugen mit einem verwindungssteifen Tragkörper, der aus zwei Tragplatten und zwei Stützplatten besteht, und mit zwei im rechten Winkel zueinander und parallel zu den Stützplatten verlaufenden Führungsbahnen, auf welchen ein mit einer Verstellvorrichtung gekuppelter Zwischenträger verschiebbar angeordnet ist, sowie mit einer Vorrichtung zur Positionierung des Zwischenträgers, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen (5, 10) durch Führungssäulen (6, 11) gebildet sind, wobei die nur in ihren voneinander distanzierten Endbereichen (17) in den Tragplatten (18) gelagerten Führungssäulen (11) in einer schräg (16) zur Horizontalen verlaufenden Ebene (15) angeordnet sind.