DD250679A1 - Verfahren und anordnung zur montage optischer systeme - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und Anordnung zur vollautomatischen Montage optischer Systeme, die aus optischen und thermoplastischen Bauelementen bestehen, wird ein einarmiger Industrieroboter mit Greiferrevolver eingesetzt. Neben beliebigen, bekannten, Greifern wird erfindungsgemaess zum Sortieren, Lagekorrigieren und Montieren der optischen Bauelemente ein Sauggreifer mit integriertem Messsystem verwendet und ein Messplatz mit Wendevorrichtung. Zur Herstellung formschluessiger Verbindungen zwischen thermoplastischen Bauelementen wird ein Sauggreifer mit integriertem Heizsystem und Andruckvorrichtung benutzt. Durch die Verknuepfung mehrerer Arbeitsgaenge in einem Greifer werden Taktzeiten verkuerzt und durch die Verknuepfung der Messsysteme ueber die interne Robotersteuerung wird eine adaptiv geregelte, flexible Montage erreicht.

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kommt vorteilhaft zum Einsatz bei der Montage von optischen Systemen, die aus optischen Bauelementen (z. B. Linsen, Kittgruppen u.a.) und thermoplastischen mechanischen Bauelementen (z.B. Distanzringe, Abschlußringe u.a.) in einem thermoplastischen Führungsrohr bestehen. Günstig ist die Anwendung bei hohen Stückzahlen und Objektiven mit mittleren Leistungsanforderungen, wie z. B. Projektionsobjektiven, Fotoobjektiven und Reproobjektiven. Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich dabei auf die vollautomatische Montage ohne manuelle Eingriffe, wobei die optischen Bauelemente für das zu montierende System reihenfolgeunabhängig, auch fehlerbehaftet, sein können.

Die verschiedenen, erfindungsgemäßen G reifer sind auch in einfachen Handhabeeinrichtungen verwendbar. Vorteilhaft ist eine Anwendung z.B., wenn während des Greifvorganges Informationen aus der äußeren Form bzw. Oberfläche des Werkstückes erfaßt und zur Steuerung des weiteren Prozesses ausgewertet werden können, wie es z. B. in Sortierautomaten notwendig ist. Vorteilhaft ist eine Anwendung z. B., wenn während des Fügens gleichzeitig formschlüssige Verbindungen herzustellen sind, z. B. in Verpackungseinrichtungen

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnungen gestatten die Realisierung kürzester Taktzeiten in Montageprozessen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Fügen von rotationssymmetrischen Bauteilen in hohlzylinderförmige Werkstücke mittels Handhabeeinrichtung ist bekannt. Dabei können sowohl Ringe, Hülsen als auch scheibenförmige Bauelemente gefügt werden, wiez. B. optische Bauelemente. So ist beispielsweise in der DE-AS 2356884 und EP 01 04871 eine entsprechende Einlegevorrichtung fürzylinderförmige Bauelemente beschrieben. . .

Dünnwandige Hülsen können, wie in dem DD-WP 229333 beschrieben, mittels eines speziellen, sich am hohlzylinderförmigen Gegenteil zentrierenden, Greifers gefügt werden.

Für komplizierte Fügebauelemente, insbesondere bei kritischem Fügespiel, kann ein Greifer eingesetzt werden, wie in der DE-AS 2643629 beschrieben, bei dem sich beim Einführen des Fügebauelementes in eine Buchse ein elastischer Ring entlang der Buchse mit aufrollt. Elastische Ringe können mit einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zum Einsetzen von elastischen Ringen in ringförmige Nuten montiert werden, wiez. B. in der DE-OS 3409845 beschrieben.

Nachteilig bei den bekannten Anordnungen, Verfahren und Vorrichtungen ist die Tatsache, daß die Greiferkonzeptionen quasiproduktbezogen konzipiert sind, so daß nur ein eng begrenztes Teilesortiment gefügt werden kann und keine Multivalenz gegeben ist. Weiterhin ist von Nachteil, daß die bekannten Anordnungen und Methoden eine lageorientierte Aufnehmeposition einnehmen müssen bzw. daß keine Möglichkeiten vorhanden sind, bei nicht richtiger Lageposition eine Korrektur zielgerichtet vornehmen zu können. Bei einem Produkt mit mehreren unterschiedlichen Bauelementen, wie z. B. ein Objektiv, welches Linsen, Ringe und Sicherungselemente enthält, ist ein Fügen mit einem Greifer nicht möglich, und es muß ggf. ein Greiferwechsel vorgenommen werden, wie z.B. in der DE-OS 3340912 beschrieben. Bekannte Vorrichtungen zur Positionierung von Bauteilen, wie z. B. in dem DE-PS 3340084 beschrieben, bedingen komplizierte und aufwendige Lageerfassungseinheiten und sind für Objektivbauelemente, insbesondere beim Erfassen der richtigen Lage der optischen Linsenflächen nicht anwendbar.

Bekannte Mehrfachgreifer, wie beispielsweise im DD-WP 206101 beschrieben, die an den Greiferbacken im Abstand gestufte .

Ausnehmungen aufweisen für unterschiedlich große Teile, sind für Objektivbauelemente nicht anwendbar, da ein Fügen in ein Objektivführungsrohr nicht realisierbar ist. Ebenso sind Greiferkonfigurationen, wie im EP 0143673 beschrieben, bei denen der Greifer mehrere einzeln positionierbare Kontaktgreifflächen aufweist, nicht für die Montage von Objektivbauelementen geeignet.

Der Nachteil der fehlenden Korrekturmöglichkeiten für Lage- und Reihenfolge bzw. überhaupt fehlerbehafteter optischer Bauelemente wird dadurch umgangen, daß vor der automatischen Montage manuell die Kontrolle und Sortierung der optischen Bauteile erfolgt, wodurch der Vorteil des Robotereinsatz z.T. wieder aufgehoben wird.

Ein formschlüssiges Verschließen des montierten Objektivs gleichzeitig mit dem Fügen des letzten Elementes ist bisher nicht bekannt.

Flexible Montagesysteme, die während des Greifens Messungen auslösen, mit denen anschließende Verfahrensschritte bestimmt werden, sind für optische Bauelemente nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, bei der automatischen Montage optischer Systeme die Gutausbeute zu erhöhen und die Taktzeiten zu verringern.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die den Einsatz flexibler Industrieroboter gestatten und die Nachteile des Standes der Technik beseitigen.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und mit einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, wie sie durch den Patentanspruch 2 beschrieben wird.

Die im Anspruch 2 aufgezeigte Anordnung dient der Durchführung dreier Montageschritte:

.1. Greifen eines optischen Bauteiles, Messen der dem Greifer zugewandten Flächenform, Übergabe des Meßergebnisses an das Robotersteuerprogramm und Ablegen des Bauteiles.

Das im Greifer integrierte Meßsystem besteht aus Sensoren und einer dazugehörigen Auswerteelekrtonik. Die Sensoren können beliebig sein. Die exakte Messung während des im Sauggreifer herrschenden Unterdruckes muß gewährleistet sein. Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird ein optischer Sensor beschrieben. Der erfindungsgemäße Greifer führt demzufolge zwei Arbeitsgänge gleichzeitig aus und gestattet ein Vorsortieren der optischen Bauteile.

2. Greifen eines thermoplastischen Bauteiles, Fügen des Bauteiles in das thermoplastische Führungsrohr, Andrücken des Bauteiles bei gleichzeitiger örtlicher Erhitzung der Verbindungsstelle Bauteil/Führungsrohr und damit Realisierung einer form- bzw. stoffschlüssigen Verbindung.

Das im Greifer angeordnete Andruckelement wird durch das integrierte Heizsystem erwärmt, es kann beliebig ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel wird ein ringförmiges Andruckelement beschrieben. Das Heizsystem kann partiell steuerbar sein.

3. Aufnehmen des optischen Bauteiles in eine ringförmige Halterung, Messen der dem Greifer abgewandten Flächenform durch ein in der Station angeordnetes optisches Meßsystem, Übergabe der Meßergebnisse an das Robotersystem, Aufnahme des optischen Bauteiles zwischen Vertikalhaltern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet ein Sortieren der optischen Bauteile.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Anordnung besteht darin, die zur Montage des optischen Systems benötigten optischen Bauelemente in beliebiger Reihenfolge und Lage, auch fehlerbehaftet, dem Prozeß zugeführt werden ' und somit manuelle Arbeitsgänge zur Sortierung entfallen. Durch greiferintegrierte Meßsysteme wird eine adaptive Steuerung der Montageabläufe durchgeführt. Durch die Integrierung mehrerer Funktionen und Arbeitsgänge in einen Greifer werden die Taktzeiten verkürzt.

Vorteilhaft ist die Integrierung der verschiedenen Greifer in einen Greiferrevolver eines Industrieroboters. Die eigenständige Verwendung der beschriebenen Greifer ist aber ebenso denkbar.

Ein so aufgebautes Montagesystem ist durch den Austausch des Robotersteuerprogramms flexibel anpaßbar für die Montage unterschiedlicher optischer Systeme.

Ausführungsbeispiel

Anhand der Zeichnungen 1, 2,3,4 und 5 wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1: zeigt ein optisches System, wie es mit den erfindungsgemäßen Verfahren und Anordnungen montierbar ist

Fig. 2: zeigt eine Montagezelle mit einem Industrieroboter als schematische Draufsicht

Fig. 3: zeigt einen erfindungsgemäßen Sauggreifer mit integriertem optischem Meßsystem

Fig. 4: zeigt einen erfindungsgemäßen Sauggreifer mit Andruckvorrichtung und Heizsystem

Fig. 5: zeigt eine erfindungsgemäße Station der Montagezelle.

Das in Fig. 1 dargestellte optische System besteht aus einem thermoplastischen Führungsrohr 1, optischen Bauelementen 2 und thermoplastischen Bauelementen 3.

In einer Montagezelle entsprechend Fig. 2 wird das optische System montiert. Ein an sich bekannter Industrieroboter 4 ist zentral angeordnet, so daß beliebig gestaltete und bewegte Paletten 7 und 8, eine Meßstation 9, ein Fügeplatz 10 und dazugehörende beliebige Bauelementemagazine 11 zugänglich sind. Am Greiferarm 5 des Industrieroboters sitzt ein Greiferrevolver 6 mit mehreren, versetzt angeordneten, Greifern, wobei mindestens die zwei erfindungsgemäßen Sauggreifer und ein an sich bekannter Zangengreifer vorhanden sein müssen. "

Die Positionierung des Industrieroboters zu den einzelnen Stationen der Montagezelle erfolgt mit bekannten Positioniersystemen und wird ebenso wie die Steuerung der unterschiedlichen Greifer, einschließlich der erforderlichen pneumatischen und elektronischen Antriebe sowie der elektrischen Heizung von einem entsprechenden internen Robotersteuersystem (Software) realisiert.

Der Montageprozeß für das in Fig. 1 als Beispiel dargestellte optische System beginnt damit, daß mit dem Zangengreifer aus der Palette 8 ein Objektivführungsrohr 1 entnommen und auf dem Fügeplatz 10 abgelegt wird in Bohrungen, die das Einbringen nur in einer Vorzugslage ermöglichen (z. B. Zentrierkegel). Ist die Vorzugslage des Führungsrohres nicht gegeben, so erfolgt ein Wenden des Führungsrohres auf einer nicht dargestellten Wendestation, die zweckmäßigerweise eine V-förmige Ablage besitzt. Nachdem das Führungsrohr auf der Montagestation 10 montagerichtig fixiert ist, nimmt der Industrieroboter mit dem in Fig. 3 dargestellten Sauggreifer 12 aus der Palette 7 ein optisches Bauelement 2. Der Sauggreifer besitzt eine Ringschneide, und mittels des integrierten Meßsystems 14, hier als optisches Meßsystem dargestellt, wird der Flächenradius des optischen Bauelementes aus der Pfeilhöhe bestimmt und das Meßergebnis der internen Robotersteuerung zugeleitet.

Das optische Bauelement wird auf der in Fig. 5 dargestellten Meßstation 9 auf der ringförmigen Halterung 13 abgelegt. Mit dem Meßsystem 14, hier als optisches Meßsystem dargestellt, wird die zweite Seite des optischen Bauelementes vermessen und das Meßergebnis der internen Robotersteuerung zugeleitet

In Auswertung der beiden Meßergebnisse erfolgt die Steuerung des Roboters für die nächsten Schritte:

a) wenn das optische Bauelement in jeder Weise montagegerecht ist, dann wird es in das Führungsrohr 1 auf der Montagestation 10 eingesetzt;

b) wenn das optische Bauelement nicht an der montagegerechten Reihenfolge ist, wird es auf einer nicht dargestellten Station zwischengelagert und zum montagegerechten Zeitpunkt direkt von dort entnommen und montiert;

c) wenn das optische Bauelement fehlerbehaftet ist, wird es auf einer nicht dargestellten Palette abgelegt und vom Greifer aus der Palette 7 das nächstfolgende optische Bauelement entnommen und wie beschrieben, vermessen;

d) wenn das optische Bauelement in der montagerichtigen Reihenfolge, aber seitenverkehrt, ist, wird es zwischen beliebig ausgebildeten Vertikalhaltern 15 abgelegt und erneut von der anderen Seite, also montagerichtig, aufgenommen und auf der Montagestation 10 in das Führungsrohr 1 eingesetzt.

Die Meßstation 9 entsprechend Fig. 5 enthält zweckmäßigerweise ein beliebig ansteuerbares Positioniersystem 16. Mit dem Zangengreifer wird aus einem Bauelementemagazin 11 ein thermoplastisches Bauteil 3, in diesem Falle ein Distanzring, entnommen und in das Führungsrohr montiert. Anschließend wird mit dem Sauggreifer entsprechend Fig. 3 ein optisches Bauelement der Palette 7 entnommen und wie bereits beschrieben, behandelt.

Nach der Montage des letzten optischen Bauelementes wird mit dem in Fig. 4 dargestellten Sauggreifer 17 einem Bauelementemagazin 11 ein thermoplastisches Bauelement, in diesem Falle der Abschlußring, entnommen und in das Führungsrohr eingelegt. Durch Herunterdrücken des durch eine an sich beliebige Heizung (hier als Heizspule dargestellt) erwärmten Teiles 18 wird der Abschlußring angedrückt und gleichzeitig werden die Berührungskanten Führungsrohr/ Abschlußring miteinander verschweißt, wie aus Fig. 1 ersichtlich, womit gleichzeitig das gesamte optische System lagegesichert ist. Anschließend erfolgt mit dem Zangengreifer ein Transport des montierten Objektives zu einer nicht dargestellten Fördereinrichtung oder zur Palette 8 zurück. Vorteilhaft ist auch ein Sauggreifer, der um die Z-Achse drehbar ist, für Zylinderlinsen, die in einer bestimmten Drehlage zu montieren sind. .

Claims (2)

1. Verfahren zur Montage von optischen Systemen, die aus optischen und thermoplastischen Bauelementen bestehen, mittels Industrieroboter, gekennzeichnet dadurch, daß während des Greifens der optischen Bauelemente die dem Greifer zugewandte Flächenform meßtechnisch erfaßt wird, das optische Bauelement so abgelegt wird, daß die gegenüberliegende Flächenform meßtechnisch erfaßt wird und daß von beiden Messungen ausgehend mit dem Greifer ein Sortieren oder Lagekorrigieren vorgenommen wird und anschließend ein Montieren erfolgt und daß thermoplastische Bauelemente während des Fügens formschlüssig verbunden werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, als Montagezelle, bestehend aus einem einarmigen Industrieroboter mit an einem Greiferrevolver angeordneten Sauggreifern und Zangengreifern, Bauelementezuführungseinrichtungen und Montagestationen, die durch Positioniersysteme und Steuerprogramme miteinander verknüpft sind, gekennzeichnet dadurch, daß in einem der Sauggreifer eine Andruckvorrichtung, die parallel zur optischen Achse des zu montierenden optischen Systems gerichtet ist und ein partiell steuerbares Heizsystem integriert sind und daß in einem weiteren Sauggreifer mit einer Ringschneide ein Meßsystem integriert ist und daß eine Station eine Ablage für ein optisches Bauelement enthält, in die ein Meßsystem integriert ist und Vertikalhalter für optische Bauelemente, die von beiden Seiten zugänglich sind.