DD152742B1

DD152742B1 - Air bearing guided positioning

Info

Publication number: DD152742B1
Application number: DD22170580A
Authority: DD
Inventors: Dieter Schrepel; Manfred Pieloth; Arnulf Schwarz
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1986-06-04
Also published as: DD152742A1

Description

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den Werkzeuge, Vorrichtungen, Meßinstrumente sowie auch Einrichtungen für Schwertransporte zum Verschieben, Drehen, Neigen, Zentrieren durch Luftlager getragen und geführt (Wiemer, A.: Luftlagerung Berlin: VEB Verlag Technik 1969, 290 Seiten), Beispielsweise wird in der Patentschrift US-PS 3.209.623 ein luftgelagerter Positioniertisch beschrieben, mit dem schwere Werkstücke in einer Bohrmaschine leicht und genau positioniert werden können. Die Bewegung der Vorrichtung erfolgt von Hand. Bekannt ist auch die Anwendung der Luftlagerung für eine Fügeeinrichtung (Jachimovic', V. A. ; Rabinovic', L. A. ; Vertogradov, 0. N. : AvtomatiKeskaja sborka detalej aerodinamiSeskim metodom. Vestnik ma§inostroenie 50 (1970) 6, S. 46-49). Zum Fügen eines Bolzens in eine Bohrung wird durch diese Bohrung Luft gegen den Bolzen geblasen, so daß durch den hydrodynamischen Effekt eine Kraft entsteht, die den luftgelagerten und damit leicht verschiebbaren Greifer mit dem Bolzen relativ zur Bohrung zentriert.the tools, devices, measuring instruments as well as facilities for heavy transports for moving, rotating, tilting, centering carried and guided by air bearings (Wiemer, A .: air storage Berlin: VEB Verlag Technik 1969, 290 pages), For example, in the patent US-PS No. 3,209,623 describes an air-bearing positioning table with which heavy workpieces can be easily and accurately positioned in a drilling machine. The movement of the device is done by hand. Also known is the application of the air bearing for a joining device (Jachimovic ', VA; Rabinovic', LA; Vertogradov, 0 N.: AvtomatiKeskaja sborka detalej aerodinami Seskim metodom Vestnik ma§inostroenie 50 (1970) 6, pp. 46-49) , To join a bolt in a hole through this hole air is blown against the bolt, so that a force is created by the hydrodynamic effect, which centered the air-bearing and thus easily movable gripper with the bolt relative to the bore.

Den bekannten Anwendungen von Luftlagern für Positionieraufgaben ist gemeinsam, daß diese Lager ausschließlich zur weitgehenden Beseitigung der Reibung dienen. Zur Bewegung der vom Luftlager getragenen und geführten Bauteile müssen äußere Kräfte einwirken, die z. B. durch Hand oder durch zusätzliche Antriebselemente erzeugt werden.The known applications of air bearings for positioning tasks have in common that these bearings are used only to substantially eliminate the friction. To move the supported and guided by the air bearing components external forces must act, the z. B. generated by hand or by additional drive elements.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Feinpositionieren von Bauteilen bei Handhabungs- und Fügeprozessen automatisch steuerbar zu machen und mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit zu ermöglichen.The aim of the invention is to make the fine positioning of components in handling and joining processes automatically controllable and to enable with little effort and high accuracy.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine luftlagergeführte Positioniereinrichtung für automatische Handhabungs— und Fügeprozesse zum Feinpositionieren von Bauteilen zu schaffen, die zur Steuerung der Positionierbewegung direkt mit drucksteuernden Mitteln gekoppelt ist, wobei die Steuerung der Positionierbewe— gung durch pneumatische Steuersignale ohne zusätzliche Antriebselemente erfolgt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine luftlagergeführte Positioniereinrichtung unter Verwendung mindestens eines luftgelagerten beweglichen Körpers, der eine Haltevorrichtung für das zu positionierende Bauteil trägt, wobei sich die beweglichen Körper in einem Gehäuse befinden und jeweils ineinandergeschachtelt angeordnet sind. Der äußerste Körper ist durch das Gehäuse mit kleinem Spiel geführt und in einer Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich. Jeder weitere innere Körper ist durch das Gehäuse und den jeweils äußeren Körper mit kleinem Spiel geführt und in einer jeweils weiteren Positionierrichtung mit einem Freiheitsgrad beweglich.The invention has for its object to provide an air bearing guided positioning for automatic handling and joining processes for fine positioning of components, which is coupled to control the positioning movement directly with pressure-controlling means, the control of Positionierbewe- supply by pneumatic control signals without additional drive elements. According to the invention, the object is achieved by an air-bearing-guided positioning device using at least one air-bearing movable body, which carries a holding device for the component to be positioned, wherein the movable body are in a housing and are arranged in each case nested. The outermost body is guided by the case with a small clearance and movable in a positioning direction with one degree of freedom. Each further inner body is guided by the housing and the respective outer body with little play and movable in a respective further positioning direction with a degree of freedom.

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Für jeden Körper ist zur Gewährleistung seiner Beweglichkeit ein Raum vorhanden, dessen Abmessung in der jeweiligen Positionierrichtung größer als die des Körpers ist. Die Haltevorrichtung wird vom innersten beweglichen Körper getragen. In die Gleitführungen münden druckluftgespeiste Düsen.To ensure its mobility, a space is available for each body whose dimension in the respective positioning direction is greater than that of the body. The holding device is carried by the innermost moving body. In the sliding guides open compressed air fed nozzles.

Weiterhin sind Gehäusebohrungen vorhanden, die in die in der jeweiligen Positionierrichtung liegenden Enden der Räume für die beweglichen Körper führen und die über Leitungen mit drucksteuernden Mitteln verbunden sind. Im Gehäuse sind außerdem Öffnungen zur Durchführung von Speiseleitungen für die druckluftgespeisten Düsen und für eine Stütze zur mechanischen Verbindung des innersten Körpers mit der Haltevorrichtung vorhanden.Furthermore, housing bores are present, which lead into the lying in the respective positioning direction ends of the spaces for the movable body and which are connected via lines with pressure-controlling means. In the housing also openings for the passage of feed lines for the compressed air-fed nozzles and for a support for the mechanical connection of the innermost body with the holding device are provided.

Die Gleitführungen für die beweglichen Körper sind also als Luftlager ausgebildet, wobei die aus den Luftlagerspalten austretende Luft gleichzeitig Versorgungsluft für die drucksteuernden Mittel ist.The sliding guides for the movable body are thus designed as air bearings, wherein the emerging from the air bearing columns air is simultaneously supply air for the pressure-controlling means.

Zur Positionierung eines in einer Koordinatenrichtung verschobenen Bauteils hat vorteilhaft der bewegliche Körper die Form eines in seiner Längsachse verschobenen Quaders, der vom Gehäuse mit kleinem Spiel umschlossen ist.For positioning a displaced in a coordinate direction component advantageously has the movable body in the form of a displaced in its longitudinal axis cuboid, which is enclosed by the housing with a small clearance.

Zur Positionierung eines in zwei Koordinatenrichtungen verschobenen Bauteils sind vorteilhaft zwei bewegliche Körper als im Gehäuse befindliche, in ihrer Längsachse verschiebbare Quader ausgebildet, wobei der innere Quader sich in einer Aussparung des äußeren Quaders befindet und in der Aussparung und im Gehäuse geführt ist und deren Bewegungsrichtungen vorzugsweise rechtwinklig zueinander sind. Zur Positionierung eines verdrehten Bauteils ist der bewegliche Körper ein mindestens aus zwei Zylindersegmenten mit unterschiedlichem Radius bestehender flacher Schwenkkolben, der durch den Raum in der Schwenkbewegung begrenzt ist, wobei die Mantelflächen der Zylindersegmente mit kleinem Spiel geführt sind. Zur Blockierung der Beweglichkeit der Körper in Gehäuse kann die Luftzuführung zu mindestens einem Teil der luftgespeisten Düsen abschaltbar sein. Zum Begrenzen und Einstellen des maximalen Verstellbereiches des innersten Körpers kann an der Stütze ein axial verstellbarer und mindestens teilweise mit seiner verjüngten Seite in die Öffnung des Gehäuses eintauchender Konus befestigt sein.For positioning a displaced in two coordinate directions component advantageously two movable body as located in the housing, slidable in its longitudinal axis cuboid, wherein the inner cuboid is located in a recess of the outer cuboid and is guided in the recess and in the housing and their directions of movement preferably are perpendicular to each other. For positioning a twisted component of the movable body is a least two cylinder segments of different radius existing flat pivoting piston which is limited by the space in the pivoting movement, wherein the lateral surfaces of the cylinder segments are guided with little play. To block the mobility of the body in the housing, the air supply to at least a portion of the air-fed nozzles can be switched off. For limiting and adjusting the maximum adjustment of the innermost body may be attached to the support an axially adjustable and at least partially with its tapered side dipping into the opening of the housing cone.

Die Öffnung zur Durchführung der Stütze ist vorteilhaft ebenfalls konisch geformt, wobei die Schräge der des Konus entspricht.The opening for carrying out the support is advantageously also conically shaped, wherein the slope corresponds to that of the cone.

Weiterhin kann die Öffnung zur Durchführung der Stütze mindestens teilweise mit elastischem Material bedeckt sein.Furthermore, the opening for the implementation of the support may be at least partially covered with elastic material.

embodiment

Die Erfindung soll an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. In the accompanying drawings show:

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Fig. 1: Vorderansicht einer luftlagergeführten Positioniereinrichtung für ein inFig. 1: front view of an air bearing guided positioning for a in

einer Koordinatenrichtung verschobenes Bauteil im Schnitt Fig. 2: Seitenansicht der Einrichtung nach Fig. 1 im SchnittFIG. 2 shows a side view of the device according to FIG. 1 in section

Fig. 3: Vorderansicht einer in zwei Koordinatenrichtungen bewegbaren Positioniereinrichtung im SchnittFig. 3: front view of a movable in two coordinate directions positioning in section

Fig. 4: Seitenansicht der Einrichtung nach Fig. 3 im Schnitt Fig. 5: Draufsicht der Einrichtung nach Fig. 3 und 4 mit geschnittenem Gehäuse Fig. 6: Einrichtung zum Einstellen des Verstellbereiches der Positioniereinrichtung Fig. 7: Draufsicht einer schwenkbaren Positioniereinrichtung Nach den Fig. 1 und 2 ist im Gehäuse 1 ein beweglicher Körper 2 in Form eines Quaders geführt. Er enthält Kanäle 3 und Düsen 4 zur Speisung der zwischen Gehäuse 1 und Körper 2 vorhandenen Lagerspalte 5 mit Druckluft. Der Körper 2 trägt die Haltevorrichtung б mit dem Bauteil 7, das mit einem Werkzeug 8 bearbeitet werden soll. Der bewegliche Körper 2 befindet sich in einem Raum 10, der so dimensioniert ist, daß sich der Körper 2 in der vorgesehenen Richtung bewegen kann. An den in Bewegungsrichtung liegenden Enden des Raumes 10 befinden sich"Gehäuse— bohrungen 11, die mit drucksteuernden Mitteln 12 in Form von pneumatischen Sensoren verbunden sind. Die Sensoren sind hier als Abtastbohrungen in einer Platte ausgebildet. Im Gehäuse 1 befinden sich neben den zum Raum 10 führenden Gehäusebohrungen 11 Öffnungen 14 und 15 zur Zuführung der Druckluft zum beweglichen Körper 2 und zur Verbindung des Körpers 2 mit der Haltevorrichtung 6. Die Positioniereinrichtung arbeitet wie folgt: Die einem Anschluß 16 zugeführte Druckluft entweicht aus den Düsen 4 in die Lagerspalte 5, wodurch der Körper 2 im Gehäuse 1 schwimmend und leicht verschiebbar getragen wird. Aus den Lagerspalten fließt die Luft teilweise über die Öffnungen 14 und 15 ins Freie und teilweise in den Raum 10 ab. Aus dem Raum 10 kann die Luft über die Gehäusebohrungen und die Öffnungen der drucksteuernden Mittel 12 ins Freie abfließen. Die Öffnungen der drucksteuernden Mittel 12 werden jedoch teilweise durch das Bauteil 7 verdeckt, so daß dort erhöhte Strömungswiderstände wirksam werden und in dem Raum 10 ein erhöhter Druck entsteht, der auch auf die Stirnflächen 9 des Körpers wirkt. Sobald durch eine Versetzung der oberen Fläche des Bauteils 7 die Öffnungen durch drucksteuernde Mittel 12 unterschiedlich verdeckt werden, entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem linken und rechten Ende des Raumes 10 und der Körper 2 wird in die Richtung gedrückt, wo der niedrigste Druck herrscht. Der Körper 2 bleibt erst stehen, wenn die Öffnungen der drucksteuernden Mittel 12 im gleichen Maße abgedeckt sind und die Drücke in den Enden des Raumes 10 im Gleichgewicht sind. Dann ist auch die obere Fläche des Bauteils 7 zur Platte genau zentriert. Auf diese Weise können unterschiedliche Versetzungen der Absätze an verschiedenen Bauteilen automatisch korrigiert werden.FIG. 4: side view of the device according to FIG. 3 in section; FIG. 5: top view of the device according to FIGS. 3 and 4 with cut housing FIG. 6: device for adjusting the adjustment range of the positioning device FIG. 7: top view of a pivotable positioning device according to FIGS 1 and 2, a movable body 2 is guided in the housing 1 in the form of a cuboid. It contains channels 3 and nozzles 4 for feeding the existing between housing 1 and body 2 bearing gaps 5 with compressed air. The body 2 carries the holder б with the component 7, which is to be processed with a tool 8. The movable body 2 is located in a space 10 which is dimensioned so that the body 2 can move in the intended direction. At the ends of the space 10 lying in the direction of movement are "housing bores 11 which are connected to pressure-controlling means 12 in the form of pneumatic sensors." The sensors are here designed as scanning bores in a plate 10 leading housing bores 11 openings 14 and 15 for supplying the compressed air to the movable body 2 and for connecting the body 2 with the holding device 6. The positioning operates as follows: The terminal 16 supplied compressed air escapes from the nozzles 4 in the bearing gaps 5, whereby the body 2 is carried floating and easily displaceable in the housing 1. From the bearing gaps, the air flows partly via the openings 14 and 15 into the open air and partly into the space 10. From the space 10, the air can flow through the housing bores and the openings of the housing pressure-controlling means 12. The openings of the pressure-controlling means 12 w However, earth partially covered by the component 7, so that there increased flow resistance effect and in the space 10, an increased pressure is created, which also acts on the end faces 9 of the body. As soon as an offset of the upper surface of the component 7, the openings are covered differently by pressure-controlling means 12, creates a pressure difference between the left and right end of the space 10 and the body 2 is pressed in the direction where the lowest pressure prevails. The body 2 stops only when the openings of the pressure-controlling means 12 are covered to the same extent and the pressures in the ends of the space 10 are in equilibrium. Then the upper surface of the component 7 is exactly centered to the plate. In this way different offsets of the paragraphs on different components can be automatically corrected.

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Wird die Luftzufuhr zum Anschluß 16 anschließend abgeschaltet, setzt der Körper 2 durch die Schwerkraft im Gehäuse 1 auf und ist gegen weitere Verschiebung gesichert.If the air supply to the terminal 16 is subsequently switched off, the body 2 sets up by gravity in the housing 1 and is secured against further displacement.

In den Fig. 3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer in zwei Koordinatenrichtungen bewegbaren Positioniereinrichtung gezeigt. Im Gehäuse 1 wird ein erster quaderförmiger Körper 17 für die Bewegung in einer Koordinatenrichtung geführt. In einer rechteckigen Aussparung 19 dieses Körpers 17 befindet sich ein zweiter quaderförmiger Körper 18 für die Bewegung in einer zweiten Koordinatenrichtung, der die Haltevorrichtung mit dem zu positionierenden Bauteil trägt. Beide Körper werden durch Luftlager getragen, wobei die Luftzuführung zum ersten Körper 17 über den Anschluß 23 und zum zweiten Körper 18 über den Anschluß 16 erfolgt. Während der erste Körper 17 im Gehäuse 1 nur in einer Richtung bewegt werden kann, läßt sich der zweite Körper 18 im ersten Körper 17 außerdem senkrecht dazu und daher relativ zum Gehäuse 1 in zwei Koordinatenrichtungen verschieben. Die innerhalb der Aussparung 19 an die Stirnflächen 20 des zweiten Körpers 18 angrenzenden Teile 21 der Aussparung 19 können über die Anschlüsse 22 mit pneumatischen Sensoren als drucksteuernde Mittel 12 verbunden werden.FIGS. 3 to 5 show an exemplary embodiment of a positioning device which can be moved in two coordinate directions. In the housing 1, a first cuboid body 17 is guided for movement in a coordinate direction. In a rectangular recess 19 of this body 17 is a second parallelepiped body 18 for movement in a second coordinate direction, which carries the holding device with the component to be positioned. Both bodies are supported by air bearings, wherein the air supply to the first body 17 via the terminal 23 and the second body 18 via the terminal 16. While the first body 17 in the housing 1 can only be moved in one direction, the second body 18 in the first body 17 can also be displaced perpendicular thereto and therefore relative to the housing 1 in two coordinate directions. The parts 21 of the recess 19 that are adjacent to the end faces 20 of the second body 18 within the recess 19 can be connected via the connections 22 to pneumatic sensors as pressure-controlling means 12.

Die Funktion dieser Positioniereinrichtung ist prinzipiell die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die an die Anschlüsse 11 angeschlossenen Sensoren der drucksteuernden Mittel 12 steuern die Drücke in den Enden des Raumes 10, so daß der erste Körper 17 zusammen mit dem zweiten Körper 18 in einer Koordinateinrichtung bewegt werden kann. Die an den Anschlüssen 22 angeschlossenen Sensoren können dagegen die Brücke in den Teilen 21 der Aussparung 19 steuern und den zweiten Körper 18 zusätzlich in der zur ersten Koordinatenrichtung senkrechten zweiten Koordinatenrichtung bewegen. Auf diese Weise ist es möglich, exentrische Versetzungen z. B. von Drehteilen in zwei Koordinatenrichtungen automatisch zu korrigieren, wobei die Vorrichtungen gleichzeitig gegen ein Verdrehen gesichert ist. Damit der Körper sich nicht weiter als für den jeweiligen Zweck erforderlich aus seiner Mittelstellung entfernen kann, kann die Positioniereinrichtung mit verstellbaren Anschlägen versehen werden. In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem durch Verstellen eines einzigen Elementes der Bewegungsbereich des Körpers nach allen Richtungen gleichmäßig verändert wird. Dazu ist eine Stütze 23 zwischen Körper 2 und Haltevorrichtung б als Gewindebolzen ausgebildet, auf dem ein Konus 24 aufgeschraubt ist. Der Konus 24 ragt mit der verjüngten Seite in die Öffnung 14 des Gehäuses 1, die ebenfalls konisch ausgebildet ist. In den extremen Lagen des Körpers 2 schlägt die Mantelfläche des Konus 24 an die Innenfläche der Öffnung 14 an und begrenzt somit den Verstellbereich des Körpers 2. Je tiefer der Konus 24 geschraubt wird, desto kleinerThe function of this positioning device is in principle the same as in the first embodiment. The sensors of the pressure controlling means 12 connected to the terminals 11 control the pressures in the ends of the space 10 so that the first body 17 can be moved together with the second body 18 in a coordinate means. On the other hand, the sensors connected to the terminals 22 can control the bridge in the parts 21 of the recess 19 and additionally move the second body 18 in the second coordinate direction perpendicular to the first coordinate direction. In this way it is possible to exentric dislocations z. B. automatically correct rotary parts in two coordinate directions, the devices is simultaneously secured against rotation. So that the body can not move further than required for the respective purpose from its middle position, the positioning can be provided with adjustable stops. FIG. 6 shows an embodiment in which, by adjusting a single element, the range of motion of the body is uniformly changed in all directions. For this purpose, a support 23 between the body 2 and holder б is designed as a threaded bolt on which a cone 24 is screwed. The cone 24 protrudes with the tapered side in the opening 14 of the housing 1, which is also conical. In the extreme positions of the body 2, the lateral surface of the cone 24 strikes the inner surface of the opening 14 and thus limits the adjustment of the body 2. The deeper the cone 24 is screwed, the smaller

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wird der Verstellbereich. In die Öffnung 14 ist ein Ring 25 aus elastischem Material, z. B. Gummi, eingesetzt, um einen weichen Anschlag zu erzielen. Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer schwenkbaren Positioniereinrichtung, mit der die Winkellage von Bauteilen korrigiert werden kann. Der im Gehäuse 1 geführte Körper hat die Form eines flachen Schwenkkolbens 24, der aus zwei Zylindersegmenten mit unterschiedlichem Radius besteht. Der Raum im Gehäuse 1 ist so dimensioniert, daß sich der luftgelagerte Schwenkkolben 26 um einen bestimmten Winkel um seine Achse verdrehen läßt. Die mit den Anschlüssen 27 verbundenen drucksteuernden Mittel beeinflussen die Drücke in den Kammern 28, wobei ein Druckunterschied die Verdrehung des Schwenkkolbens zur Folge hat. Die mit dem Schwenkkolben verbundenen Bauteile können somit automatisch in eine bestimmte Winkellage gedreht werden.becomes the adjustment range. In the opening 14 is a ring 25 made of elastic material, for. As rubber, used to achieve a soft stop. Fig. 7 shows an embodiment of a pivotable positioning device, with which the angular position of components can be corrected. The guided in the housing 1 body has the shape of a flat pivot piston 24, which consists of two cylinder segments with different radius. The space in the housing 1 is dimensioned so that the air-bearing pivot piston 26 can rotate about its axis by a certain angle. The pressure-controlling means connected to the terminals 27 influence the pressures in the chambers 28, wherein a pressure difference results in the rotation of the rotary piston. The components connected to the rotary piston can thus be automatically rotated in a certain angular position.

Diese schwenkbare Positioniereinrichtung ist mit den Positioniereinrichtungen für verschobene Bauteile kombinierbar.This pivotable positioning device can be combined with the positioning devices for displaced components.

Claims

- 1 - 221 705 Invention claims:

An air bearing guided positioning using at least one air bearing, movable body carrying a holding device for the component to be positioned, characterized in that

the movable bodies (2; 17; 18) are located in a housing (1) and are arranged in each case nested, the outer body being guided through the housing (1) with little play and being movable in a positioning device with one degree of freedom,

- Each further inner body is guided by the housing (1) and the respective outer body with little play and is movable in a respective further positioning device with a degree of freedom,

for each body, in order to ensure its mobility in the positioning direction, there is a space (10, 19) whose dimension in the respective positioning direction is greater than that of the body,

the innermost movable body is connected to the holding device (6),

- The lying in the respective positioning direction ends of the spaces (10; 19) for the movable body (2; 17; 18) über'Gehäuse bores (11) and lines with pressure-controlling means (12) are connected

- And that in the housing (1) openings (14; 15) for -Durchführung of feed lines for the compressed air-fed nozzles (4) and for a support (23) for the mechanical connection of the innermost body with the holding device (6) are present.

2. Luftlagergeführt'Positioniereinrichtung according to item 1, characterized in that for positioning a displaced in a coordinate direction component of the movable body (2) has the shape of a displaceable in its longitudinal axis cuboid and the housing (1) is enclosed with a small clearance.

For this 4 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to an air bearing guided positioning for automatic manufacturing, handling and joining processes for fine positioning of components.

Characteristic of the known technical solutions

To achieve minimal friction in bearings, in particular for solving positioning tasks, the air bearing is already widely used. How to