DD251722A1 - Flexibler greifer mit werkstueckerkennung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Greifer, der ausgeruestet mit einem optoelektronischen Erkennungssystem in Verbindung mit der Steuerung des Industrieroboters in flexiblen Fertigungen zum Erkennen der Geometrie und Lage und zum Handhaben von Werkstuecken eingesetzt wird. Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz einfacher Paletten mit automatischer Zu- und Abfuehrung bei unterschiedlichem Werkstuecksortiment zu ermoeglichen, um den geraetetechnischen Aufwand (speziell den Werkstuecken angepasste Speicher und Greifer) fuer die Peripherie in flexiblen Fertigungen zu senken. Dazu wurde erfindungsgemaess ein Greifer entwickelt, der, bestehend aus einem zylindrischen Grundkoerper mit vier Greiferfingern und einem eigenen Antriebsmotor, im Mittelpunkt der Greiferachse eine CCD-Kamera mit Beleuchtungseinrichtungen enthaelt, wobei die Informationen der CCD-Kamera einer Mikrorechnersteuerung zugefuehrt werden, die diese Informationen zu Steuersignale fuer die Industrierobotersteuerung, die Beleuchtungseinrichtung und fuer die Greiferfingersteuerung umsetzt. Durch einen einfachen, auch automatisch durchfuehrbaren Wechsel der Greifelemente ist der Greifer fuer geometrisch verschiedene Werkstuecksortimente einsetzbar.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Greifer mit Werkstückerkennung für die Handhabung unterschiedlicher Werkstücke mittels Industrieroboter. Durch Integration eines optoelektronischen Erkennungssystems in den Greifer und dessen Kopplung mit der Steuerung des Industrieroboters wird die Werkstückgeometrie erkannt und danach erfolgt der sichere Greifvorgang. Vorteilhai ist der erfindungsgemäße Greifer dort einsetzbar, wo ein häufiger Wechsel der Werkstückgeometrie (Einzelfertigung bis Kleinserienfertigung) erfolgt und die Werkstücke bei der Bereitstellung sich in einem sehr einfachen Ordnungszustand befinden.

Durch einen auch automatisch durchführbaren Wechsel der Greifelemente ist der Greifer sowohl für den Innen- und Außengril als auch zum Greifen von Wellen einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Handhaben von Werkstücken mittels Industrierobotern erfolgt mit Greifern, die mechanisch auf das jeweils bekannte

Werkstück/Werkstücksortiment eingestellt sind. Von den eingestellten Maßen abweichende Werkstücke können dabei nicht

oder nicht immer richtig gegriffen werden. Für unterschiedliche Werkstückarten werden unterschiedliche Greifer benötigt.

Der Bediener rüstet die Greifer bei wechselnder Geometrie um und wechselt die Greifer bei Änderung der Werkstückart.

Die Bereitstellung der Werkstücke erfolgt mit Hilfe von aufwendigen Speichern mit Speicherplätzen, auf denen die Werkstücke positioniert und fixiert sind. Die Speicher sind mit Antriebssystemen ausgestattet, um das zu entnehmende Werkstück in

Greifposition zu bringen.

Für unterschiedliche Werkstücke/Werkstücksortimente werden unterschiedliche Speicher benötigt, bzw. werden die Speicher entsprechend umgerüstet.

Nach WP 126052 ist ein Verfahren zur Steuerung von Bewegungsabläufen zum Aufnehmen und Ablegen von Teilen bekannt, wonach durch am Greifer angeordnete bekannte Fühler, Geber oder Kontakte die Oberkante des Werkstückes bzw.

Behälterbodens erkannt wird. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß diese Lösung gleichzeitig nur für eine Teileart und vorprogrammierten Werkstücklagepositionen einsetzbar ist. Weiterhin sind Lösungen bekannt, bei denen visuelle

Erkennungssysteme z. B. Kameras eingesetzt werden, die jedoch außerhalb des Greifers angeordnet und mit einem eigenen

Mikrorechner gekoppelt sind.

Der Nachteil dieser Lösungen besteht in dem hohen gerätetechnischen Aufwand und den sich daraus ergebenden

eingeschränkten ökonomischen Einsatz.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines flexiblen einsetzbaren Greifers für Industrieroboter, der die Geometrie und Lage der zu handhabenden Werkstücke erkennt, sich danach selbsttätig in die erforderliche Greifposition einstellt und die Werkstücke sicher greift, wobei der Greifer flexibel für unterschiedliche Werkstücke einsetzbar sein soll. Durch den damit erreichbaren Fortfall aufwendiger, dem jeweiligen Werkstück angepaßter Speicher und Greifer soll der Aufwand für die Peripherie in flexiblen Fertigungen erheblich gesenkt sowie Umrüstzeiten eingespart werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer zu entwickeln, der mittels bekannter optoelektronischer Bauelemente in Verbindung mit einer Mikrorechnersteuerung und einem geeigneten Antriebssystem die Geometrie eines zu handhabenden Werkstückes erkenrtt, die richtige Greifposition ermittelt und sich mitteis der Mikrorechnersteuerung in die richtige Greifpositior bewegt. Durch einen einfachen, auch automatisch durchführbaren Wechsel von Greifelementen soll der Greiferfür verschieden Werkstückarten vielseitig verwendbar gestaltet sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Mittelpunkt eines zylindrischen Greifergrundkörpers mit vier im rechten Winkel zueinander angeordneten Greiffingern, die durch einen NC-gesteuerten Motor über eine Spindel und Spannmutter bewegt werden, eine CCD-Kamera mit einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet wird. Die Informationen der CCD-Kamera werden einer Mikrorechnersteuerung zugeführt, die in der Lage ist, diese Informationen zu verarbeiten und als Steuersignale für die Industrierobotersteuerung, für die Beleuchtungssteuerung und für die Greiffingersteuerung bereitzustellen.

Zweckmäßigerweise werden von diesen Steuerungsaufgaben möglichst viele von dem Industrieroboter realisiert.

An jedem Greiffingervorderteil sind auswechselbare Greifelemente befestigt, wodurch ein flexibler Einsatz des Greifers für unterschiedlich geometrisch geformte Werkstücke gesichert wird.

Der Greifer ist in bekannter Weise, federnd und elektronisch überwacht, am Industrieroboterhandgelenk befestigt.

Das Erkennen der Werkstücke erfolgt durch die CCD-Kamera während der Suchbewegung des Industrieroboters. Diese Suchbewegung erfolgt auf einer definierten Bahn, die je nach Bauart des Industrieroboters in zweckmäßiger Weise nach Geometrie und Geschwindigkeitsverlauf zu wählen ist.

Die Suchbewegung ist zunächst auf das kollisionsfreie Überstreichen einer möglichst großen Fläche der gesamten Szene ausgelegt und wendet sich dann dem einzelnen erkannten Objekt zu, dabei erfaßt die CCD-Kamera die Geometrie des Werkstückes und ermittelt mit Hilfe der Industrierobotersteuerung die Lage seines Mittelpunktes/des Greifpunktes. Auf diesen Greifpunkt wird die Greifermittelachse mittels des Industrieroboters und seiner Steuerung gebracht, die Greiferfinger werden auf die ermittelte Werkstückgeometrie mit Hilfe des NC-gesteuerten Spannmotors eingestellt und die Greiffinger mittels Industrieroboterbewegung positioniert.

Danach erfolgt das Bewegen des Greifers mittels Industrieroboter in Richtung des Werkstückes bis der Greifpunkt erreicht ist, dieser Punkt wird durch bekannte geeignete Sensoren festgestellt, die Greiffinger werden mittels Spannmotor, Bewegungsspindel und Spannmutter geschlossen und das Werkstück ist gegriffen. Danach erfolgt das kollisionsfreie Entnehmen, das Handhaben und die Übergabe des Werkstückes an den Bearbeitungsprozeß und nach Beendigung die anschließende Rückführung des Werkstückes in bekannter Weise.

Möglich ist aber auch eine Weiterverarbeitung im gegriffenen Zustand, z. B. in technologischen Prozessen in denen die Kamera weiter aktiv bleibt und den Prozeß mit überwacht z. B. beim Schweißen, Schleifen und der Montage.

Mit dem erfindungsgemäßen Greifer wird somit durch das Erkennen der Werkstückart, der Werkstückgeometrie und der Werkstücklage der durchgängige Automatikbetrieb auch bei wechselndem Werkstücksortiment ermöglicht, ohne daß der Bediener eingreift und somit neben der Einsparung an Investitionskosten für die peripheren Einrichtungen sich ein verringerter Arbeitskräfteeinsatz ergibt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: — eine Seitenansicht des Greifers in Schnittdarstellung Fig. 2: —eine Draufsicht des Greifers von unten gesehen (A-A) Fig. 3: —Greifelement für den Außengriff Fig.4: —Greifelement für den Außehgriff in Draufsicht (B-B) Fig. 5 u. 6; — Greifelemente wie in Fig. 3 und 4 für den Innengriff Fig.7u.8: —Greifelemente für den Wellengriff

In Fig. 1 ist der Greifer in Entnahmeposition ohne die Greifelemente 15,17,19 dargestellt.

Der Greifer ist an dem Industrieroboterflansch 4 mittels federnder Aufhängung 5 befestigt und besteht aus dem topfförmigen Greifkörper 6 in dessen Mittelpunkt die CCD-Kamera 7 mit der Beleuchtungseinrichtung 8 angeordnet ist. Die Greifeinrichtung besteht aus den am Greiferkörper 6 montierten vier Greiferfingern 9, dem Antriebsmotor 10, der Spindel 11 und der Spannmutter 12.

An jedem der vier Greiferfinger 9 befindet sich eine Greifelementaufnahme 13 zur Bestückung mit den Greifelementen 15 für Außengriff, 17 für Innengriff oder 19 für den Wellengriff.

Am Bespiel der Beschickung einer Werkzeugmaschine und ausgehend von der automatischen Bereitstellung der Werkstücke in Flachpaletten wird der technologische Ablauf beim Einsatz des Greifers in einer flexiblen Fertigungszelle erläutert. Die Werkstücke 1, 2 oder 3 liegen ungeordnet auf einer Flachpalette in gleicher Lage.

Die ungefähre Position der Flachpalette und ihre Größe sind in der Industrierobotersteuerung programmiert. Der Industrieroboter beginnt, ausgelöst durch ein Signal des abgeschlossenen Palettenwechsels, mit der Suchbewegung, dabei nimmt die CCD-Kamera 7 die Palettenszene von der kollisionssicheren Höhe auf.

Aus dem betrachteten Abschnitt wird das zu entnehmende Werkstück 1, 2 oder 3 gewählt, nachdem die Werkstückgeometrie durch Vergleichen im Rechner erkannt wurde. Der Industrieroboter bringt nach den erkannten Werkstückdaten die Greifelemente 15,17 oder 19 in Greifposition senkrecht über das Werkstück und auf den Durchmesser eingestellt. Durch Drehen des Handgelenkes werden die Greiferfinger 9 für das kollisionsfreie Eintauchen positioniert.

Die Höhe der Greifposition wird durch einen hier nicht näher beschriebenen Höhensensor an derfedernden Aufhängung 5 beim Erreichen signalisiert und die Eintauchbewegung der Greiferfinger 9 gestoppt. Der Antriebsmotor 10unddieSpindel11 mit der Spannmutter 12 bewegen über eine Umlenkkurve die Greiferfinger 9 zum Spannen (Spannbewegung 14,16 oder 18). Der Spannmotor 10 und die Spindel 11 beenden ihre Einwirkung wenn die Spannkraft oder wenn eine bestimmte Durchmesserunterschreitung erreicht ist.

Damit ist das Werkstück 1,2 oder 3 sicher gegriffen, wird aus der Palette genommen und dem Bearbeitungsprozeß zugeführt. Nach der Bearbeitung wird das Werkstück 1,2 oder 3 aus der Maschine entnommen und in umgekehrter Reihenfolge abgelegt.

Claims (1)

1. -1 - 251 72; Patentanspruch:

   1. Flexibler Greifer mit Werkstückerkennung, bestehend aus einem zylindrischen Greifergrundkörper mit vier hängend angeordneten Greiferfingern mit auswechselbar ausgebildeten Greifelementen
   und einem eigenen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelpunkt der Greiferachse eine
   CCD-Kamera mit Beleuchtungseinrichtungen angeordnet ist und der Greiferfingerantrieb aus einen im Greifer angeordneten NC-gesteuerten Antriebsmotor, einer Spindel und einer Spannmutter
   gebildet wird.