CN111093915A - 用于自动更换轴的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联轴器。根据一个实施例，联轴器包括具有轴和锥形的轴段的第一联接部件。在轴的第一端部上可固定工具(例如磨盘、钻机等)，并且在轴的第二端部上布置轴肩。联轴器还包括第二联接部件，第二联接部件具有锥形的毂，第一联接部件的锥形的轴段可引入锥形的毂中以形成锥形座。第二联接部件还具有可横向于联轴器的旋转轴线移动的固定元件，使得固定元件能够与轴的轴肩接合。至少一个弹簧布置在联轴器中，使得该弹簧产生弹力，在固定元件接合的情况下弹力在轴向方向上作用到锥形座上并且使锥形座预加载。

Description

用于自动更换轴的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于机器人支持的自动更换轴的方法和系统。在待更换的轴上可安装例如用于机器人支持的磨削装置的磨盘或其他的可旋转的工具。

背景技术

在机器人支持的磨削装置中，通过机械手(例如，工业机器人)引导磨削工具(例如电驱动的具有可旋转的磨盘的磨床)。在此，磨削工具可以与机械手的所谓的TCP(工具中心点)联接，从而使得机械手实际上可任意地调节工具的位置和方向。工业机器人通常位置可控，这使得TCP能够沿着期望的轨迹精确运动。为了在机器人支持的磨削中实现良好效果在多种应用中需要控制过程力(磨削力)，这利用传统的工业机器人通常难以以足够的精确度实现。工业机器人的大型和重型的臂部段具有大的质量惯性，以便控制机构(闭环控制机构)可足够快速地对过程力的波动作出响应。为了解决该问题，可在机械手的TCP和磨削工具之间布置(与工业机器人相比相对更小的)直线型致动器，该直线型致动器使得机械手的TCP与磨削工具联接。直线型致动器在磨削期间仅控制过程力(即，工具抵靠工件的压紧力)，而机械手与直线型致动器一起沿着指定的轨迹以位置可控的方式移动磨削工具。

即使在机器人支持的磨削装置中通常仍手动地更换磨损的磨盘。虽然有机器人支持的用于更换磨盘的更换站的若干方案，但是已知解决方案相对复杂、难以实现，因此是昂贵的。

本发明的目的是，提供一种系统和一种方法，其以简单的方式使得能够机器人支持地自动更换可旋转的工具(例如磨盘)。

发明内容

上述目的借助于根据权利要求1的装置实现。不同的实施例和改进方式是从属权利要求的对象。

本文描述了一种用于机器人支持地加工工件的系统。根据一个实施例，该系统具有包括用于驱动工具的马达轴的工具机、用于使工具机与机械手联接的直线型致动器以及用于使工具机的马达轴与工具联接的联轴器。联轴器的第一联接部件具有轴和锥形的轴段，其中，在轴的第一端部上可固定工具并且在轴的第二端部上布置轴肩。联轴器的第二联接部件与工具机的马达轴刚性连接并且具有锥形的毂，(第一联接部件的)锥形的轴段可插入该毂中从而形成锥形座。第二联接部件还具有可横向于联轴器的旋转轴线移动的固定元件，固定元件布置为使得固定元件可卡合就位在轴的轴肩上。联轴器包含至少一个弹簧，该至少一个弹簧布置为使得至少一个弹簧产生弹力，在固定元件卡合就位的情况下弹力在轴向方向上作用到锥形座上并且使锥形座预加载。

下面描述了联轴器。根据一个实施例，联轴器包括具有轴和锥形的轴段的第一联接部件。在轴的第一端部上可固定工具(例如磨盘、钻机等)，并且在轴的第二端部上布置轴肩。联轴器还包括第二联接部件，第二联接部件具有锥形的毂，第一联接部件的锥形的轴段可插入锥形的毂中以形成锥形座。第二联接部件还具有可横向于联轴器的旋转轴线移动的固定元件，固定元件布置为使得固定元件可卡合就位在轴的轴肩上。至少一个弹簧布置在联轴器中，使得至少一个弹簧产生弹力，在固定元件卡合就位的情况下弹力在轴向方向上作用到锥形座上并且使锥形座预加载。

另一实施例涉及一种方法，根据该方法借助于机械手首先使联轴器的第二联接部件与联轴器的第一联接部件同轴地对齐，第一联接部件已经位于更换站中。然后，使第二联接部件压靠到第一联接部件上，直至第二联接部件的固定元件卡合就位在第一联接部件的轴肩上并且形成卡合连接。在联接之后，可通过提升第二联接部件也使第一联接部件从更换站中提起。利用安装在第一联接部件上的工具，可通过机械手自动化地在工件上执行(加工)过程。然后将联轴器以一种方式置入该更换站(或另一更换站)中，使得允许第二联接部件的固定元件被致动，由此释放卡合连接。在分离之后，借助于机械手从相应的更换站中移走第二联接部件，而第一联接部件保留在更换站中。

附图说明

下面根据在附图中示出的示例详细阐述本发明。示意图不一定按尺寸比例示出并且本发明不仅仅限于本文示出的方案。相反重点在于说明本发明的原理。在附图中示出：

图1示意性地示出了机器人支持的磨削装置的示例，其中借助机械手定位磨床。

图2示意性地示出了磨床、用于将磨床安装在机械手上的保持机构和使磨盘与磨床的轴联接的联轴器。

图3示出了图2中的示例的联轴器在分离状态下的示例性实现方案。

图4-7示出了根据图3的在接合过程中处于不同位置的联轴器。

图8示出了图3中的联轴器的固定元件的俯视图。

图9示出了图2中的示例的轴在接合状态下的另一示例性实现方案。

图10示出了更换站的示例，借助更换站机器人可更换工具，工具与工具机经由本文未描述的联轴器连接。

图11示出了图10中的更换站与联轴器的细节。

图12示出了轴更换过程的进程的流程图。

具体实施方式

根据机器人支持的磨削装置描述本发明的实施例。但是该描述不限于机器人支持的磨削。本文描述的实施例一般涉及联轴器和用于更换轴的系统，在轴上可安装可旋转的任意工具，例如磨盘、抛光盘、钻机、铣床、螺钉扳手等。在本申请中描述的磨床旨在示例性地表示任意给定的工具机并且磨盘旨在示例性地表示由工具机驱动的任意给定的可旋转工具。

在详细解释各个实施例之前，将描述机器人支持的磨削装置的一般示例。该示例包括机械手1(例如工业机器人)和磨床10，磨床10具有可旋转的磨盘11，其中，磨床10经由直线型致动器20与机械手1的工具中心点(TCP)联接。在具有六个自由度的工业机器人的情况下，机械手可由四个部段2a、2b、2c和2d构成，四个部段分别经由铰链3a、3b和3c连接。最后的部段2d通常与基座B刚性连接(但是无需一定是这种情况)。铰链3c连接部段2d和2c。铰链3c可为双轴式以便能够使部段2c围绕水平的旋转轴线转动(仰角)并且围绕竖直的旋转轴线转动(方位角)。铰链3b连接部段2b和2c并且能够使得部段2b相对于部段2c的位置枢转运动。铰链3a连接部段2a和2b。铰链3a可为双轴式，从而(类似于铰链3c)能够朝两个方向枢转运动。TCP相对于部段2a具有设定位置，该位置通常还包括旋转铰链(未示出)，该旋转铰链能够使得部段2a围绕纵向轴线A执行转动运动(在图1中作为点划线示出)。铰链的每个轴具有其相对的致动器，该致动器可使得围绕相应的铰链轴线旋转运动。铰链中的致动器根据机器人程序通过机器人控制机构4来操控。在一定的范围中，TCP可任意地定位(以轴线A的任意取向)。

机械手1通常为位置可控的，即，机器人控制机构可确定TCP的方位(位置和取向)并且使其沿着预先定义的轨迹运动。工业机器人和用于控制TCP的位置的方法是已知的，因此本文不再详细阐述。在致动器20贴靠在端部止挡件上时，也以TCP的方位来定义磨削工具的方位。如开头所述，致动器20用于在磨削过程期间将工具(磨盘11)和工件W之间的接触力(过程力)调节到期望的值。借助于机械手1对过程力的直接调节对于磨削应用来说通常太不准确，因为机械手1的部段2a-2c的高质量惯性使得使用传统的机械手几乎不可能快速地补偿力波动(例如在将磨削工具定位到工件40上时发生的)。由此机器人控制机构配置成，控制TCP的方位(位置和取向)，而仅通过致动器20执行接触力(也参见图2，接触力FK)的调节(但是这不是一定的)，该致动器联接在磨床10和机械手1之间。

如已经所述，在磨削过程期间可借助(直线型)致动器20和力控制单元(力控制单元例如可在控制机构4中实现)调节在工具(磨盘11)和工件W之间的接触力FK，使得在磨削工具和工件W之间的接触力FK相应于指定的期望值。接触力是对致动力FA的反作用力，直线型致动器20利用该反作用力压靠到工件表面上。当工具和工件40之间没有接触时，致动器20由于缺少接触力FK而压靠到端部止挡件(在图1中未示出或集成在致动器20中)上。机械手1的位置控制(也可在控制机构4中实现位置控制)可与致动器20的力控制完全无关地来进行。致动器20不用于磨床10的定位，而是仅用于调节和维持在磨削过程期间的期望的接触力并且用于识别出在磨削过程器件何时在工具(具有磨盘11的磨床10)和工件W之间发生接触。例如，当致动器20的偏转相对于端部止挡件处的偏转变小时，或致动器20的偏转变化为负值时，可以确定发生了接触。

致动器可为气动式致动器，并且可例如具有双重作用的气动缸。但是也可使用其他的气动式致动器，例如波纹管式气缸和空气筋(Luftmuskel)。作为替代也可考虑直接(无齿轮)电驱动机构。当使用气动式致动器时，可以以已知的方式借助控制阀、调节器(实施在控制机构4中)和压缩空气储存器实现力调节。但是具体的实施方式对于其他描述不重要，因此也不再详细描述。在某些应用中，不需要致动器20并且可取消致动器。在这些情况下，机器人/机械手1可直接控制过程力。还存在不需要调节力的应用，并且在这种情况下机器人/机械手1仅位置控制的操作。尽管力和位置控制与本文描述的联轴器和轴更换系统不再相关，但是对于用工具执行的(加工)过程可能有用。

在图2示出的示例中，在致动器20和机械手1的最外部的部段2a(也参见图1)之间布置保持机构21，保持机构具有近似L的形状。保持机构21用于使直线型致动器20无需与部段2a的轴线A同轴地安装在机械手1上(如在图1中所示)，而是可倾斜例如90°的角，从而磨床的旋转轴线R基本上平行于轴线A。根据机器人单元的应用和具体实施方案，保持机构也可被取消(在这种情况下，致动器20可以直接安装在机械手1上)或使用具有不等于90°的角的保持机构。在图1和图2中也示出了磨床的局部坐标系的位置。在该坐标系中磨床的旋转轴线R也是标记为z的轴，并且直线型致动器20沿标记为x的轴操作。

工具(例如磨盘11)可经由联轴器30与驱动机构(例如磨床10的马达)连接。在这种情况下，工具与联轴器30的第一联接部件连接，并且马达的驱动轴与联轴器30的第二联接部件连接。第一联接部件可视为专用的轴端，工具(磨盘11)安装在该轴端上。借助该专用的更换站(例如参见图10)，机器人可自动地更换工具，其中，由工具和第一联接部件构成的组件始终一起被更换。

图3示出了联轴器30(在分离的状态下)的示例性的实施方式，联轴器可用于机器人支持地自动更换磨盘。联轴器具有第一联接部件310和第二联接部件350。第一联接部件310在运行中例如通过螺纹连接与磨盘11连接。在本示例中，磨盘11定位到轴330的一端部上，并且借助旋拧到设置在轴端部上的螺纹332上的螺母(未示出)固紧，从而磨盘11夹紧在螺母和轴330的轴架331之间。第二联接部件350具有毂370，磨床10的驱动轴(在图3中未示出)被插入该毂中并且可借助于布置在凹口359中的滑键以传统的方式固定。两个联接部件310和350可借助锥形座(在第一联接部件310上的外锥体322和在第二联接部件350上的内锥体362)连接。下面还将参考图4-7详细描述两个联接部件310和350的接合方式以及它们如何彼此固紧。首先将更详细地描述第一联接部件310的构造设计。

第一联接部件可视为一种类型的伸缩轴，伸缩轴尤其由轴330(磨盘11固紧在该轴上)和空心轴320构成，其中，轴330和空心轴320可沿轴向相对彼此(沿着旋转轴线R)移动。空心轴320可相对于轴330在两个端部位置之间移动。与轴330同轴地布置套筒335，其中，套筒335和轴330例如借助于使轴330的轴段331与套筒335连接的螺接连接333彼此刚性连接。空心轴320的外直径和内直径定尺寸为，使得空心轴320可在轴330和套筒320之间(在轴向方向上)滑动。套筒335的内直径和空心轴320的外直径可形成间隙配合(clearance fit)。同样地，空心轴320的内直径和轴330的外直径D1也形成间隙配合。布置在轴330的凹口337中的滑键336防止在空心轴320和轴330之间的转动。

如上所述地，空心轴320可相对于轴330移动，其中，空心轴320的第一端部位置由轴330的轴肩338形成并且空心轴320的第二端部位置由套筒335的用作止挡件340的端面形成。在第二端部位置中空心轴320尽可能远地插入套筒335中，并且空心轴320的轴肩323贴靠在端部止挡件340上。在第一端部位置中空心轴320最大地从套筒335中突出并且在空心轴的内部中的轴架贴靠在轴330的轴肩338上。在套筒335中布置弹簧334，使得弹力将空心轴320从套筒335中压出并且在轴向方向上压靠到轴肩338上。

在轴330的下端部上的一个轴段具有直径D₂，该直径可稍微小于直径D₁。在轴330的下端部表面上设置有锥体341，该锥体具有小于直径D₂的最大的直径D₃，使得在锥体341的后侧上形成轴肩339。该轴肩339用于使第一联接部件310沿轴向固紧在第二联接部件350上(例如参见图7)。锥体341例如通过在轴330的一端部上斜切外围边缘而形成。斜面形成上述的锥体341。

第二联接部件350可具有两件式的壳体(上部件361、下部件351)，上部件和下部件例如可(例如借助螺钉)彼此固定连接。壳体的上部件361具有中央的内锥体362(即锥形的毂)，该中央的内锥体362与第一联接部件310的对应外锥体322(在空心轴320上)一起可形成锥形座(例如参见图7)。内锥体362穿过整个上部件361延伸并且关于旋转轴线R旋转对称。在壳体的下部件351上布置可径向(横向于旋转轴线R并且相对于第二联接部件350的壳体)移动的固定元件352并且通过弹簧354压靠到下部件351中的端部止挡件上。在本文示出的示例中，弹簧354布置在壳体的下部件351中的径向孔中，并且通过螺钉353封闭。弹簧354的弹力由此在固定元件352和螺钉353之间起作用。

壳体的下部件351具有中央孔，该中央孔形成用于磨床10的马达轴的毂370(参见图2)。毂370可形成凹口359以容纳滑键(未示出)。作为滑键的替代，可使用任意其他期望的轴-毂连接以将第二联接部件350安装到磨床10的马达轴上。

固定元件352在锥形毂(内锥体362)之下具有中央开口355，旋转轴线R穿过中央孔延伸。开口355的上边缘被斜切，通过该斜切形成小的内锥体356。在接合的状态下，开口355的下边缘357贴靠在第一联接部件310的轴330的轴肩339上，以使两个联接部件310、350彼此固紧(例如参见图7)。在根据图3的示意图中，在固定元件352中的中央开口355相对于旋转轴线R稍微偏心。

在图4至图6中，在接合过程期间图3中所示的联轴器的两个联接部件310和350示出在多个(中间)位置中。在一种示例中，为了接合，第一联接部件310以及安装在其上的磨盘11位于基板(例如参见图10)上，并且第二联接部件350通过机器人从上方被压到第一联接部件310上(在这种情况下联轴器的位置与图3所示刚好相反(倒置))。替代地，第一联接部件310以及安装在其上的磨盘11也可悬挂地布置在基板上，并且第二联接部件350从下方被压到第一联接部件310上(在这种情况下联轴器的位置刚好与图3所示相同)。当联轴器处于倾斜位置时，进行接合和分离。

图4示出了第二联接部件350沿着旋转轴线R(在z方向上)已经部分地放置在第一联接部件310上的一种状态。在此，第一联接部件310的空心轴320的锥形轴段321(外锥体322)被插入第二联接部件350的壳体的上部件361的锥形开口(内锥体362)中。在此，当达到确定的插入深度时，第一联接部件310的轴330的斜切端部(锥体341)接触固定元件352的中央开口355的(例如倾斜的、斜切的)边缘(内锥体356)。当固定元件352横向于旋转轴线移动时，斜面341、456可彼此滑动。

图5示出了第二联接部件350沿着旋转轴线R(在z方向上)完全地放置在第一联接部件310上的一种状态。在该过程中，第一联接部件310的空心轴320的锥形轴段321(外锥体322)和第二联接部件350的壳体的上部件361的锥形毂(内锥体362)形成锥形座(在图5中用322/362标出)。当第一联接部件310完全地插入到第二联接部件350中，固定元件352从轴330的倾斜的端部(锥体341)朝侧面推动。在图5示出的情况下，相比于在图4中示出的情况固定元件352已经向右(朝x轴的方向)移动一段距离d。固定元件352的这种移动由于以下事实而增加：轴330的端部处的外锥体(或斜面)341与固定元件352中的开口355的边缘处的内锥体356匹配，这允许锥形表面更容易彼此滑动。但是需要注意的是，也可以使用倾斜或凸形面代替锥形面。也可以使两个部件(轴330、固定元件352)中的其中一个在接触部位上为锥形、倾斜或拱曲的。

在图5示出的情况中，弹簧334还将轴330的轴肩338压靠到空心轴320的轴架上。为了使轴330足够深地插入第二联接部件中，以便轴330的轴肩339上的固定元件卡合就位，弹簧334必须被压缩。相比于图5中示出的情况，在图6中弹簧334被压缩了一个移动距离Δz的等效值，由此轴330进一步伸入第二联接部件350中距离Δz，并且在固定元件352被弹簧354压回到初始位置中时，固定元件352的下边缘357卡合就位在轴330的轴肩339上。图6示出了紧接在固定元件352卡合就位之前的情况并且图7示出了在固定元件352卡合就位之后的情况。用于压缩弹簧的力F_R通过机械手(参见图1)施加，其中，力F_R等于k_F·Δz，其中，k_F表示弹簧334的弹簧系数。

一旦固定元件352已卡合就位在轴330的轴肩339上，两个联接部件310、350摩擦锁合地经由锥形座322/362连接。锥形座由弹力kF·Δz在轴向方向上(z方向)预加载。为了释放两个联接部件310、350的连接(借助机械手，参见图1)，仅须克服弹簧354的力移动固定元件352，直至释放轴330的轴肩339上的固定元件352，从而使弹簧334将轴330推回到其起始位置(其中，轴肩338贴靠在空心轴320的轴架上)。

图8是固定元件352在卡合就位在轴330的轴肩339上时的详细视图。在此，固定元件352的开口355的边缘357贴靠在轴肩339上并且由此防止轴330由于弹簧334(参见图7)的弹力而弹回。设置在固定元件352中的槽仅用于横向于旋转轴线R(横向于z方向)引导固定元件。

为了再次释放两个联接部件310和350的连接，机械手可使磨削工具运动到限定的收起位置。止挡件520布置在相对于收起位置的限定位置附近或内部。例如通过联轴器围绕轴330的旋转轴线R转动，机器人可如此定位联轴器，使得止挡件520克服弹簧354(参见图7，在图8中未示出)的力推动固定元件352并且进入第二联接部件350中，从而释放在固定元件352和轴330的轴肩339之间的卡合连接。为了补偿较小的公差，止挡件520也可弹簧安装，其中，止挡件的弹簧刚度大于弹簧354的弹簧刚度。一旦释放卡合连接，轴330弹回到第一联接部件310中并且锥形座连接被释放。轴330在弹回时的冲量通常足够断开锥形座。然后机器人可在没有工具固定在第一联接部件310上的情况下提起第二联接部件350。

图9示出了联轴器的一种替代实施例，其中，如在图7的示例中那样，提供用于预加载锥形座的弹力的弹簧334没有布置在第一联接部件310中，而是布置在第二联接部件350中。该功能基本上与前面根据图3-7的示例相同，尽管在这种情况下第一联接部件310可更简单地设计(为了取消了弹簧)。例如第一联接部件310也可为固定部件。与先前的情况相反，弹簧334布置在第二联接部件350的壳体的上部件361和下部件351之间。在将第一联接部件310插入第二联接部件350中时，克服一个或多个弹簧334’的弹力将下部件351朝上部件361挤压，直至固定元件卡合就位在第一联接部件的轴330的轴肩上，由此两个联接部件310和350彼此连接并且通过弹力使锥形座预加载。类似于前面示例(例如参见图8)中那样分离联轴器。

图10示例性地示出了更换站50，更换站适用于机器人支持地自动更换工具(例如磨盘11以及第一联接部件310)。图11示出了更换站50以及插入的联轴器30的细节。在机器人/机械手(例如在机器人单元中)的作业区域中可(例如并排地)布置多个类似的更换站。以这种方式可为由机器人/机械手执行的多种(加工)过程提供不同的工具；因此，通过简单地更换轴(以及固定在轴上的工具)可在具有机器人/机械手的一个工位上执行多个(不同的)操作。

更换站包括基部501，该基部501通常位置固定且具有限定的位置，其对于机器人控制机构是已知的。支承板510安装在基部501上。在本文示出的示例中，支承板510利用螺纹销516可移动地(沿着z方向)安装在基部501上，螺纹销516旋拧到基部501并且延伸穿过支承板510中的对应的孔。支承板510通过弹簧515压靠到基部501上，弹簧在支承板510和旋拧在螺纹销516上的螺母之间起作用。因此，支承板510可克服弹簧515的力从基部501上升起。安装的目的将在下面阐述。在替代的实施例中，支承板510刚性地与基部501连接或基部501同时用作支承板510。罩盖505也是可选的。

在支承板510中设置有凹部511，机器人(参见图1、机械手10)可将联轴器30从侧面插入凹部中。在本文示出的示例中，联轴器沿y方向(参见图10中的箭头)被插入凹部511中。凹部511可在其后端部上具有圆形的轮廓。此外，凹部511的上边缘可斜切。然后斜面512将形成锥体，联轴器30的第一联接部件310可位于该锥体上。更具体地，当两个联接部件310、350的连接被释放时，第一联接部件310的空心轴320的锥体345(例如参见图7)置于斜面512上。在图10中也示出了磨床10(参见图2)的马达轴的旋转轴线R的位置(在联轴器30被插入凹部511中的情况下)。

在支承板510上布置至少一个止挡键520和接近开关521(例如接触开关)。止挡键和接近开关521的功能在图11的示意图中清楚示出。在图11中示出了联轴器30恰好转动使得固定元件352的外端部贴靠在止挡件520上的情况。参考图8解释了联轴器30朝向止挡件转动。在图10示出的位置中，例如将转角角度定义为φ＝0°(不限于一般情况)。在该位置中，止挡件520将固定元件352推入第二联接部件350中并且释放与轴330的卡合连接。在释放轴连接之后，工具11与第一联接部件310留在更换站50中并且此后(例如手动地)可通过新的工具11来替换。

为了联接新的工具，机器人使磨床10朝置入有新的磨盘11(包括第一联接部件310)的更换站50运动，从而磨盘11的马达的旋转轴线R与待联接的工具的旋转轴线同轴(参考图3)。联接的过程已经参考图3-7详细描述。为了监控该过程，机械手使联轴器转动，直到固定元件352的外端部指向接近开关521(φ＝90°)的方向，从而确保后者检测固定元件352。该转动可由机械手本身来执行，或通过操控磨床的马达来执行。

在联接过程期间，固定元件352从接近开关521离开距离d(参见图4-5)，然后再回到初始位置(参见图6-7)中。固定元件352的该运动(向前、后退和再次向前)可由接近开关521检测并且以这种方式确保两个联接部件310、350的联接正确执行。接近开关521通常借助于机械触头检测固定元件352的存在。但是也可使用无接触(例如电感式、电容式或光学式)的接近开关，无接触的接近开关一般也称为接近传感器。

安全特征在于基部501上的支承板510的弹性安装。如果分离联轴器30(出于某些原因)失败，则机器人在尝试提升磨床10连同第二联接部件350时也将克服弹簧515的弹力提升支承板510，因为在联轴器插入凹部511中时仍然接合的第一联接部件310将占据支承板。可借助传感器检测支承板510的提升。适用于此目的的传感器例如包括接触传感器、接近传感器、光传感器(在未升起时被支撑板覆盖)等。

图12示出了表示轴更换过程的进程的流程图、即例如图3-7那样的联轴器的接合以及如例如图11中那样的联轴器的分离。作为初始情况假设，(第一联接部件310的，参见图3)轴已经位于更换站中(参见图10，第一联接部件310位于更换站50的凹部511中)。借助机械手1(参见图1)使工具机与第二联接部件一起移动到更换站，将两个联接部件原则上彼此同轴定向(参见图12、步骤S1)。接下来机械手可使两个联接部件彼此压靠在一起，直至第二联接部件的固定元件卡合就位在第一联接部件的轴肩上(参见图12，步骤S2，也参见图6-7，固定元件252卡合就位在轴肩339上)。然后机械手提起第二联接部件(以及整个联轴器和工具)并且从更换站中移除(图12，步骤S3)。在图10示出的示例中，第二联接部件从凹部511中运动出来。然后联接的工具可用于自动化地加工工件(参见图12，步骤S4)。在加工过程(或其部分)结束时，可将联轴器再次置入更换站中(在与先前相同的或另一更换站中)，其中，在插入时经由更换站中的止挡件(参见图10，止挡件520)操纵固定元件，由此释放卡合连接(参见图7中释放之前的状态，在图6中释放之后的状态)，参见图12，步骤S5。最后，机械手可将释放的第二联接部件从更换站移出，并且第一联接部件与(用过的)工具一起留在更换站中(图12，步骤S6)。

本文描述的联轴器和更换站的实施例无需自身的供能装置(例如电流和压缩空气)。因此，联轴器无需用于电流、压缩空气等的输送线路。可避免插接连接器、滑动触头等。更换站(参见图10)也无需自身的驱动机构。

下面总结本文描述的实施例的若干方案。在此不涉及重要技术特征的完全性的陈列，而是对重要技术特征的纯粹示例性的陈列。一种实施例涉及联轴器，联轴器具有包括轴和锥形的轴段的第一联接部件(例如参见图3)。在轴的第一端部上可固定工具(例如磨盘、机器人等)，并且在轴的第二端部上设置轴肩。联轴器具有第二联接部件，第二联接部件具有锥形的毂，第一联接部件的锥形的轴段可插入锥形的毂中而形成锥形座。第二联接部件还具有可横向于联轴器的旋转轴线移动的固定元件，该固定元件布置成，使得固定元件可卡合就位在轴的轴肩上(参见图6和图7)。至少一个弹簧布置在联轴器中，使得至少一个弹簧产生弹力，弹力在固定元件卡合就位时在轴向方向上作用到锥形座上并且使其预加载。

使锥形座预加载的弹簧可布置在第一联接部件(参见图3，弹簧334)中或设置在第二联接部件(参见图9，弹簧334’)中。根据一个实施例(例如参见图3)，第一联接部件具有空心轴，空心轴可沿轴向移动地安装在轴上。在这种情况中，锥形的轴段是空心轴的一部分(参见图3，轴段321在空心轴320的外部上)。弹簧包含在第一联接部件中并且布置为使得在将锥形的轴段插入锥形的毂中时空心轴克服弹簧的弹力在轴上移动(参见图4至图6)。在空心轴和轴之间的相对运动使得轴的轴肩插入第二联接部件中直至固定元件卡合就位在轴肩上并且可形成卡合连接。

轴可具有另一轴肩，另一轴肩形成用于空心轴的端部止挡件，其中，弹簧的弹力将空心轴压靠到端部止挡件上。滑键可布置在轴和空心轴之间，使得在轴和空心轴之间的轴向移动(相对运动)是可行的，但是阻止在轴和空心轴之间的转动。

如前所述地，预加载锥形座的弹簧也可布置在第二联接部件中(参见图9，弹簧334’)。在这种情况下，第二联接部件包括下部件和可相对于下部件轴向移动的上部件。锥形的毂布置在上部件中，并且至少一个弹簧布置在下部件和上部件之间，使得在锥形的轴段插入到锥形的毂中时克服弹簧的弹力将下部件朝上部件移动(例如参见图9，弹簧334’在下部件351和上部件361之间起作用并且预加载锥形座)。

固定元件的外端部可从第二联接部件中突出。此外，固定元件可具有(中央的)开口，轴可以插入开口中，直至固定元件可卡合就位在轴的轴肩上，从而卡合连接防止轴从开口中被拉出。例如在卡合就位时，固定元件的中央的开口的边缘移动到轴的轴肩之后(横向于联轴器的旋转轴线，参考图6至图7)。在固定元件卡合就位的情况下，弹簧的弹力使锥形的轴段抵靠锥形的毂预加载。在固定元件中的开口的边缘和轴的外周边缘均成斜角。在将轴插入开口中并移动固定元件时，轴边缘上的斜面和开口边缘上的斜面可以彼此滑动。

另一实施例涉及具有机械手和具有用于驱动工具的马达轴的工具机的系统。在此，工具机与机械手联接并且可通过机械手定位。为了联接工具机的马达轴和工具，系统包括联轴器，联轴器可根据本文描述的实施例中任一实施例来构造。

另一实施例涉及具有联轴器和至少一个更换站的系统，联轴器可根据本文描述的实施例中任一实施例来构造。更换站具有包括凹部的支承板。凹部限定了放置位置，在该放置位置中联轴器的第一联接部件可以插入凹部中。在此，第一联接部件的锥形的轴段从支承板突出。系统还可具有布置在支承板上的止挡件。固定元件的一端部可侧向地从第二联接部件中突出，并且止挡件可相对于放置位置布置，使得止挡件可将固定元件的突出的端部推入第二联接部件中，从而释放卡合连接。系统可具有接近传感器，接近传感器布置为使得接近传感器在两个联接部件联接期间可检测固定元件的移动。支承板可弹簧安装在基部上(例如参见图10，弹簧515)，使得支承板能够相对于基部(安全特征)提升。

另一实施例涉及一种方法，根据该方法借助机械手首先使联轴器的第二联接部件与联轴器的第一联接部件同轴地对齐(例如参见图3)，第一联接部件已经位于更换站中(例如参见图11)。然后，使第二联接部件压到第一联接部件上，直至第二联接部件的固定元件卡合就位在第一联接部件的轴肩上并且形成卡合连接(例如参见图6和图7，以及图9)。在卡合就位之后，可通过提升第二联接部件也使第一联接部件(以及工具)从更换站中提起。利用安装在第一联接部件上的工具并且借助于机械手，自动化地在工件上执行(加工)过程。然后将联轴器如插入该更换站(或另一更换站)中，使得可经由在相应更换站中的止挡件致动第二联接部件的固定元件，从而释放卡合连接。在分离之后，借助机械手从相应的更换站中移走第二联接部件，而第一联接部件保留在更换站中。

通过将第二联接部件压靠到第一联接部件上可将第一联接部件的锥形的轴段插入第二联接部件的锥形的毂中，由此形成锥形座。第一联接部件的轴肩可克服弹力的作用充分推入第二联接部件中，以便固定元件卡合就位在轴肩上，从而弹力在卡合就位的状态下使锥形座预加载。在卡合就位时，固定元件横向于联轴器的旋转轴线运动，并且可借助接近传感器检测该运动。在释放卡合连接时可借助弹簧将轴肩从固定元件推离(例如参见图7，弹簧334，或图9，弹簧334’)。在将联轴器置入更换站(或另一更换站)中之后，联轴器可围绕其旋转轴线转动，直至从第二联接部件中突出的固定元件端部贴靠在更换站的止挡件上。

Claims (20)

1.一种联轴器，包括：

第一联接部件(310)，具有轴(330)和锥形的轴段(321)，其中，工具(11)能够固定到所述轴(330)的第一端部上，并且轴肩(339)布置在所述轴的第二端部上；

第二联接部件(350)，包括锥形的毂(362)，所述锥形的轴段(321)能够插入所述锥形的毂中以形成锥形座，并且所述第二联接部件包括能够横向于所述联轴器(30)的旋转轴线移动的固定元件(352)，所述固定元件布置为能够卡合就位在所述轴(330)的轴肩(339)上；以及

至少一个弹簧(334、334’)布置为使得所述至少一个弹簧产生弹力，在所述固定元件(352)卡合就位的情况下所述弹力在轴向方向上作用到所述锥形座上并且使所述锥形座预加载。

2.根据权利要求1所述的联轴器，其中，所述固定元件(352)的外端部从所述第二联接部件(350)中突出。

3.根据权利要求1或2所述的联轴器，

其中，所述第一联接部件(310)具有空心轴(320)，所述空心轴轴向移动地安装在所述轴(330)上，

其中，所述锥形的轴段(321)是所述空心轴(320)的一部分，以及

其中，所述弹簧包含在所述第一联接部件(310)中并且布置为使得在所述锥形的轴段(321)插入到所述锥形的毂(362)中时，所述空心轴(320)克服所述弹簧(334)的弹力移动到所述轴(330)上。

4.根据权利要求1或2所述的联轴器，

其中，所述第一联接部件(310)具有空心轴(320)，所述空心轴轴向移动地安装在所述轴(330)上，

其中，所述锥形的轴段(321)是所述空心轴(320)的一部分，以及

其中，所述弹簧包含在所述第一联接部件(310)中并且布置为使得在所述锥形的轴段(321)插入到所述锥形的毂(362)中时，所述空心轴(320)克服所述弹簧(334)的弹力移动到所述轴(330)上，由此所述轴(330)的轴肩(339)插入所述第二联接部件(350)中，直至所述固定元件(352)卡合就位在所述轴肩(339)上并且形成卡合连接。

5.根据权利要求3或4所述的联轴器，其中，所述轴(330)具有另一轴肩(338)，所述另一轴肩形成用于所述空心轴(320)的端部止挡件，其中，所述弹簧(334)的弹力将所述空心轴(320)压靠到所述端部止挡件上。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的联轴器，还包括：滑键(336)，所述滑键布置在所述轴(330)和所述空心轴(320)之间，使得能够在轴(330)和空心轴(320)之间轴向移动，但是阻止转动。

7.根据权利要求1或2所述的联轴器，

其中，所述第二联接部件(350)具有下部件(351)和相对于所述下部件(351)轴向移动的上部件(361)，所述锥形的毂(362)布置在所述上部件中，

其中，所述至少一个弹簧(334’)布置在所述下部件(351)和所述上部件(362)之间，使得在将所述锥形的轴段(321)插入所述锥形的毂(362)中时克服所述弹簧(334’)的弹力使所述下部件(551)朝所述上部件(361)移动。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的联轴器，

其中，所述固定元件(352)具有开口(355)，所述轴(330)能够插入所述开口中，直至所述固定元件(352)能够卡合就位在所述轴(330)的轴肩(339)上，以及

其中，所述卡合连接防止所述轴(330)从所述开口(335)中拉出。

9.根据权利要求8所述的联轴器，其中，在所述固定元件(352)卡合就位的情况下，所述弹簧(334)的弹力使得所述锥形的轴段(321)相对于所述锥形的毂(362)预加载。

10.根据权利要求8或9所述的联轴器，

其中，在所述固定元件(352)中的所述开口(355)的边缘和所述轴(330)的外周边缘均成斜角，

其中，在将所述轴(330)插入所述开口中时，在所述轴(330)的边缘上的斜面(341)和在所述开口(355)的边缘上的斜面(356)在彼此上滑动，由此使所述固定元件(352)移动。

11.一种系统，包括：

机械手(1)；

工具机(10)，具有用于驱动工具(11)的马达轴，其中，所述工具机(10)与所述机械手(1)联接，并且能够通过所述机械手定位；

根据权利要求1至10中任一项所述的联轴器(30)，所述联轴器用于使所述工具机(10)的马达轴与所述工具(11)联接。

12.一种系统，包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的联轴器(30)；以及

至少一个更换站(50)，所述至少一个更换站具有包括凹部(511)的支承板(510)，所述凹部限定了放置位置，在所述放置位置中，所述联轴器(30)的第一联接部件(310)能够插入所述凹部(511)中，其中，所述第一联接部件(310)的锥形的轴段(321)从所述支承板(510)中突出。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括：

止挡件(520)，布置在所述支承板(510)上，

其中，所述固定元件(352)的一端部侧面地从所述第二联接部件(350)突出，并且所述止挡件(520)相对于所述放置位置布置，使得所述止挡件(520)能够将所述固定元件(352)的突出端部推入所述第二联接部件(350)中，由此释放卡合连接。

14.根据权利要求12或13所述的系统，还包括：

接近传感器(521)，布置为使得在两个联接部件(310、350)联接期间，所述接近传感器能够检测所述固定元件(352)的移动。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其中，所述支承板(510)弹簧安装在基部(501)上，使得所述支承板(510)能够相对于所述基部(501)提升。

16.一种方法，包括：

借助于机械手(1)使联轴器的第二联接部件(350)与所述联轴器的第一联接部件(310)同轴地对齐，所述第一联接部件已经位于更换站(50)中；

将所述第二联接部件(350)压靠到所述第一联接部件(310)上，直至所述第二联接部件(350)的固定元件(352)卡合就位在所述第一联接部件(310)的轴肩(339)上并且形成卡合连接；

提升所述第二联接部件(350)，由此将所述第一联接部件(310)从所述更换站中提起；

借助于机械手使安装在所述第一联接部件(310)上的工具(11)执行自动化的过程；

将所述联轴器置入所述更换站(50)中或另一更换站中，使得经由在相应的更换站中的止挡件(520)致动所述第二联接部件(350)的固定元件(352)，由此释放卡合连接；

借助于所述机械手(1)从相应的更换站中移走所述第二联接部件(350)，而所述第一联接部件(310)留在所述更换站中。

17.根据权利要求16所述的方法，

其中，通过将所述第二联接部件(350)压靠到所述第一联接部件(310)上将所述第一联接部件(310)的锥形的轴段(321)插入所述第二联接部件(350)的锥形的毂(362)中，由此形成锥形座，以及

其中，克服弹力的作用，使所述第一联接部件(310)的轴肩(339)推入所述第二联接部件中，直至所述固定元件(352)卡合就位在所述轴肩(339)上，从而所述弹力在卡合状态下使所述锥形座预加载。

18.根据权利要求16或17所述的方法，

其中，在卡合就位时，所述固定元件(352)横向于所述联轴器的旋转轴线运动，并且借助于接近传感器检测所述运动。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，

其中，在将所述联轴器置入所述更换站(50)或另一更换站中之后，所述联轴器围绕其旋转轴线转动，直至所述固定元件(352)的从所述第二联接部件中突出的端部贴靠在所述止挡件(520)上。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，

其中，在释放所述卡合连接时，借助于所述弹簧(334)将所述轴肩(339)从所述固定元件(352)推离。

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