DD286958A7 - Adapter zwischen naehrungsinitiator und taststift einer linearmessvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Adapter zwischen Naeherungsinitiator und Taststift einer Linearmeszvorrichtung, der insbesondere an Beschickungsrobotern im Werkstueckfluszsystem von Maschinensystemen zur Positionsermittlung, Lagekontrolle und Abmessungskontrolle Anwendung findet. Die Erfindung sieht vor, den Adapter als Kuppelhuelse zwischen Naeherungsinitiator und Taststift auszubilden, die eine Gleitbohrung aufweist, in welcher der Taststift mit einem Gleitkolben gegen Federdruck gelagert ist, wobei im Gleitkolben ein Schaltstift gegen Federdruck axialbeweglich so gelagert ist, dasz sich seine Schaltflaeche in Antastposition in einem Abstand von der Wirkflaeche des Naeherungsinitiators befindet. In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Beruehrungsschutz fuer den Naeherungsinitiator vorgesehen, und es bestehen lange Freihuebe zum Abfangen von UEberlaufwegen. Fig. 2{Adapter; Naeherungsinitiator; Taststift; Kuppelhuelse; Schaltstift; Beruehrungsschutz; Federsystem; Freihub}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Als Anwendungsgebiet der Erfindung kommen automatisierte Wekrzeugmaschinen, Maschinensysteme, Fertigungszellen und Taktstraßen in Betracht. Insbesondere ist die Erfindung zur Anwendung an Beschickungsrobotern vorgesehen, die eine entfeinerte Peripherie beschicken beziehungsweise entsorgen, wobei sie zur Positionsermittlung der Werkstücke im Greifer oder auf der Palette oder zur Lagakontrolle der Palette nutzbar ist. In Verbindung mit dem Meßsystem einer CNC-Achse ist auch eine Anwendung als Linearmeßvorrichtung zur Abmessungskontrolle möglich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Erkennung der Lage von Werkstücken in den Greiforganen von Industrierobotern oder zur Werkstückerkennung auf Paletten ist es bekannt, im Bereich der Greifer Sensoren, beispielsweise Näherungsinitiatoren vorzusehen, die bei einer definierten Annäherungsstellung der Werkstücke Signale an die Steuerung abgeben, aus de.ien im Vergleich mit vorprogrammierton Vergleichsgrößen eine Lage- oder Dimensionsanalyse ableitbar ist. Die DE-OS 2047169; B23 Q 7/00 offenbart den grundsätzlichen Aufbau eines solchen Lageerkennsystems. Die Ermittlung der Werkstückposition erfolgt dabei durch eine Ja-Nein-Entscheidung infolge der Schwellwertimpulse der Sensoren.

Eine direkte Messung linearer Größen ist mit diesem Gystom nicht möglich und auch nicht beabsichtigt. Ein augenfälliges Merkmal des bekannten Standes der Technik besteht darin, daß Näherungs^:nitiatoren grundsätzlich als berührungslose Schaltelemente benutzt werden. Die eigentliche Messung linearer Größen erfolgt unter Kontakt mit einem Taststift, der mit einer

Linearmeßeinrichtung mechanisch gekoppelt ist. Als Beispiel wird auf Meßuhren verwiesen. Auch bei der Benutzung kapazitiver oder induktiver Meßwertaufnehmer besteht an den zugeordneten Meßinstrumenten eine genaue lineare Führung der Taststifte in bezug auf ihre Annäherung an den Meßwertaufnehmer.

Trotz ihrer hohen Meßgenauigkeit erweisen sich mechanische Meßuhren oder elektrische Meßkompare als ungeeignet für die Anwendung an automatisch betätigten Werkstückgreifeinrichtungen, da die dort üblichen Anfahr- und Überfahrwege in einem ungünstigen Verhältnis zu den geringen Betätigungs- und Schaltwegen der genannten Meßinstrumente stehen, die eine zu hohe Beschleunigungsempfindlichkeit aufweisen.

Es sind auch bereits an Tastsonden und Prüfadaptern linear gegen die Kraft vorgespannter Druckfedern bewegliche Taststifte bekannt, die nach einem bestimmten Verstellweg in Kontakt mit elektrischen Schaltelementen gelangen. Damit lassen sich jedoch wieder nur Ja-Nein-Entscheidungen treffen, wobei die Empfindlichkeit gegen lineare Wegüberschreitungen besonders groß ist. Als Beispiel für solche Lösungen wird auf die DE-OS 1765461; DE-OS 2030707 und DE-OS 3716705; H01R 11/18 verwiesen.

Ziel der Erfindung Als Ziel der Erfindung werden folgende Vorteile angestrebt:

- Nutzung von Näherungsinitiatoren für lineare Meßvorgänge,

- hohe Sicherheit vor Beschädigungen bei Überschreitung der Meßbereich-Fahrwege,

- Unempfindlichkeit gegen Anfahr-Beschleunigungen,

- Verbesserung der linearen Meßgenauigkeit.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Adapter zwischen Näherungsinitiator und Taststift einer Linearmeßvorrichtung zu schaffen, der es ermöglicht, bei der Anwendung von Näherungsinitiatoren an Werkstücktransport- und Greiforganen als lineare Meßeinrichtung die Positionsänderung des gegen d^:e Kraft einer vorgespannten Druckfeder in Antastposition gehaltenen Taststiftes als Meßgröße möglichst genau erfaßbar zu machen, wobei große Schaltwege und große Freihübe oder Überwege gegeben sind.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Adapter aus einer Kuppelhülse besteht, die eine Gleitbohrung aufweist, in welcher der Taststift mit einem Gleitkolben gelagert ist, wobei sich die Druckfeder am Gleitkolben und am Gehäuse des Näherungsinitiators abstützt, mit dem die Kuppelhülse verbunden ist und daß im Gleitkolben ein Schaltstift gegen die Kraft einer vorgespannten Druckfeder axialbeweglich so gelagert ist, daß sich seine Schaltfläche in Antastposition des Taststiftes in einem Abstand von der Wirkfläche des Näherungsinitiators befindet, der in die Gleitbohrung hineinragt.

Ein besonderer Schutz des Näherungsinitiators vor deformierender Berührung ergibt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch, daß das Gehäuse des Näherungsinitiators diesen im Bereich der Gleitbohrung in der Kuppelhülse mit einem Schutzrohr umfaßt, das mit seiner Stirnseite um ein Maß über die Wirkfläche des Näherungsinitiators hinausragt und daß die Schaltfläche des Schaltstiftes Bestandteil eines zylindrischen Schaltkopfes ist, dessen Außendurchmesser größer als die Aufnahmebohrung des Näherungsinitiators im Schutzrohr ist.

Nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen der Erfindung ergibt sich eine besonders günstige kompakte, raumsparende Bauweise für den Adapter, dadurch, daß im Gleitkolben eine Aufnahmebohrung für die Druckfeder des Taststiftes angeordnet ist, der sich eine im Durchmesser kleinere Aufnahmebohrung für die Druckfeder des Schaltstiftes anschließt, daß der Außendurchmesser des Schutzrohres so bemessen ist, daß die Druckfeder des Taststiftes auf dem Schutzrohr gleitend Aufnahme findet und daß der Schaft des Schaltstiftes axialbeweglich in einer Gleitbohrung gelagert ist, die sich konzentrisch an die Aufnahmebohrung für die Druckfeder des Schaltstiftes anschließt, wobei diese Druckfeder den Schaft des Schaltstiftes umschließt und ihre Widerlager einerseits am Schaltkopf das Schaltstiftes und andererseits am Bohrungsabsatz ihrer Aufnahmebohrung findet.

Die aufgabengemäß geforderten großen Schaltwege, Freihübe und Überwege ergeben sich bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Gestaltungsmerkmale durch die Dimensionierung der Bauteile entsprechend dem Anwendungsfall insbesondere dadurch, daß die Schaltfläche des Schaltstiftes in Antastposition so vorpositioniert ist, daß ihr Abstand von der Wirkfläche des Näherungsinitiators größer als der Schaltabstand ist und daß der axiale Verstellweg des Schaltstiftes in seiner Gleitbohrung größer bemessen ist als die Differenz des maximalen Verfahrweges des Taststiftes in der Kuppelhülse und dem Abstand der Schaltfläche des Schaltstiftes von der Stirnseite des Schutzrohres in Antastposition.

Für die Befestigung des Adapters an einer geeigneten Stelle des Greiferarmes oder des Greifers eines Industrieroboters ist die Kuppelhi'ise nach einem Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung mit Außengewinde vorsehen, dem mindestens eine Befestigjngsmutter zugeordnet ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Die Ansicht eines erfindungsgemäßen Adapters in Verbindung mit dem Greiferkopf eines Industrierobters, Fig. 2: einen Schnitt durch den Adapter, mit Stellung der Bauteile in Antastposition.

Um einen Näherungsinitiator 1 von langgestreckter zylindrischer Form, der in einem Gehäuse 2 aufgenommen ist, mit dem Taststift 3 einer Linearmeßvorrichtung zu verbinden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Taststift 3 und das Gehäuse 2 besonders konstruktiv auszubilden und mit einer Kuppelhülse 4 miteinander so zu verbinden, daß ein funktionsgerechter Adapter entsteht. Die Kuppelhülse 4 besteht aus einem mit Außengewinde 5 versehenen zylindrischen Körper, der eine Gleitbohrung β in Richtung seiner Längsachse aufweist. Diese Gleitbohrung dient gleichermaßen zur Aufnahme und genauen Führung des Tastatiftes sowie zur Fixierung des Gehäuses 2 des Näherungsinitiators 1, das mit einem Zentrierbund 7 in die Gleitbohrung β eingreift und mittels Schrauben 8 stirnseitig an der Kuppelhülse 4 gehalten ist. Der Nähorungsinitiator 1 ist im Gehäuse 2 in einer Längsbohrung axial verschiebbar aufgenommen und in dieser durch einen Gewindestift 9 feststellbar. Der Teil des Näherungsinitiators 1, der in die Gleitbohrung 6 der Kuppelhülse 4 hineinragt, wird in diesem Bereich von einem Schutzrohr 10 umfaßt. Der Näherungsinitiator 1 ist in der Aufnahmebohrung seines Gehäuses 2 axial so festgestellt, daß seine Wirkfläche 11 um ein Maß b in der Größenordnung von einem Millimeter von der Stirnseite des Schutzrohres 10 zurückversetzt ist. '

Der Taststift 3, der an seiner Kontaktseite auswechselbare Antastköpfe 12 aufweist, ist mit einem Gleitkolben 13 in der Gleitbohrung 6 axialverschiebbar gelagert, wobei die eine Stirnseite des Gleitkolbens 13 an einem Umgriff der Kuppelhülse 4 zur Anlage gelangt.

In Gleitkolben 13 ist konzentrisch zu seiner Längsachse eine Aufnahmebohrung 14 für eine Druckfeder 15 eingearbeitet, der sich eine im Durchmesser kleinere Aufnahmebchrung 16 für eine weitere Druckfeder 17 anschließt, von deren Bohrungsgrund sich eine Gleitbohrung 18 konzentrisch zur Längsachse des Taststiftes 3 erstreckt. In dieser Gleitbohrung 18 ist der Schaft eines Schaltstiftes 19 axialbeweglich gelagert und in seiner Axialbewegung durch einen im Taststift 3 befindlichen Gewindestift 20 begrenzt, der in eine Längsnut 21 im Schaltstift 19 eingreift.

Der Schaltstift 19 ist mit einem zylindrischen Schaltkopf 22 ausgestattet, der mit seiner Schaltfläche 23 dem Ende des Schutzrohres 10 gegenübersteht, wobei der Außendurchmesser des Schaltkopfes 22 größer bemessen ist als der Durchmesser der Aufnahmebohrung des Nährungsinitiators 1 im Schutzrohr 10. Der Schaft des Schaltstiftes 19 ist von der Druckfeder 17 umschlossen, die einerseits am Schaltkopf 22 anliegt und sich andererseits im Grund ihrer Aufnahmebohrung 16 abstützt. Die Druckfeder 15 ist auf dem Schutzrohr 10 gleitend aufgenommen, wobei sie sich am Zentrierbund 7 des Gehäuses 2 des Näherungsinitiators abstützt und andererseits ihr Widerlager im Bohrungsgrund ihrer Aufnahmebohrung 16 im Taststift 3 findet.

Für die Dimensionierung der Bauteile des Adapters zur Erlangung der Verfahr- und Schaltwege gilt allgemein, daß die Schaltfläche 23 des Schaltstiftes 19 in Antastposition so vorpositioniert ist, daß ihr Abstand a von der Wirkfläche 11 des Näherungsinitiatore 1 größer als der Schaltabstand d ist und der axiale Verstellweg des Schaltstiftes 19 in seiner Gleitbohrung 18 größer bemesson ist als die Differenz des maximalen Verfahrweges e des Taststiftes 3 in der Kuppelhülse 4 und dem Abstand c der Schaltfläche 23 des Schaltstiftes 19 von der Stirnseite des Schutzrohres 10 in Antastposition. Die wirklichen Größen ergeben sich jeweils aus dem speziellen Anwendungsfall.

Fig. 1 zeigt die Anordnung des Adapters am Greiferkopf 24 eines Industrieroboters. Dabei ist eine Brückenkonsole 25 mit einer Halteplatte 26 vorgesehen, die eine Bohrung zur Aufnahme der Kuppelhülse 4 aufweist. Die Befestigung der Kuppelhülse 4 erfolgt durch zwei auf ihrem Außengewinde 5 verschraubte Muttern 27. Die Befestigung erfolgt so, daß der Taststift 3 mit dem Antastkopf 12 in den von den Greiffingern 28 des Greiferkopfes 24 umschlossenen Aufnähmet aum für ein Werkstück 29 hineinragt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Adapters ist folgende:

Die Bauelemente des Adaptors sind in Fig. 2 in Antastposition dargestellt. Der Adapter ist durch die Muttern 27 auf der Haltestelle 26 in seine Meßposition vorstellt und festgehalten. Bei der Erfassung des Werkstückes 29 gelangt dieses zwischen die Greiffinger 28, wobei der Antastkopf 12 des Taststiftes 3 mit de: Oberfläche des Werkstückes 29 in Berührungskonvkt gelangt. Die Weiterbewegung des Greiferkopfes 24 bewirkt nun eine Verschiebung des Taststiftes 3 in der Kuppelhülse 4 entc, pen der Kraft der Druckfeder 15, wobei sich auch die Schaltfläche 23 des Schaltstiftes 19 der Wirkfläche 11 desNäherungsinitia rs 1 annähert. Wenn sich die Schaltfläche 23 in einem definierten Schaltabstand d von der Wirkfläche 11 befindet, wird die iii Näherungsinitiator 1 in dieser Stellung erzeugte Induktionsspannung als Schaltsignal von der Steuerung eines Industrieroüoters übernommen, die mit dem Meß'ystem der Linear-Achse für die Bewegung des Greiferkopfes 24 in Wirkverbindung steht. Durch einen Soll-Ist-Wert-Vergleich mit einer vorgegebenen Antastposition ergibt sich dann die wahre Feststellung der Werkstückmeßfläche zu ihrer Lage im Greiferkopf 24 beziehungsweise eine Vergleichsgröße zur Sollgröße dos Werkstückes 29 bezüglich seiner Dimension in Antastrichtung. Das Programm der Robotersteuerung ist so ausgelegt, daß bei Koinzidenz des Meßwertes mit dem Soll-Wert eine Stillsetzung des Antriebes der Linearbewegung des Greiferkopfes 24 erfolgt. Aufgrund der Trägheit der bewegten mechanischen Systeme und durch Verzögerungen bei der Signalübermittlung und -verarbeitung bewegt sich der Greiferkopf 24 weiter in Richtung auf das Werkstück 29. Dementsprechend erfolgt auch eine Weiterbewegung der Schaltfläche 23 des Schaltstiftes 19 in Richtung auf die Wirkfläche 11 des Näherungsinitiators 1. Diese wird jedoch nicht erreicht, da sich der Schaltkopf 22 des Schaltstiftes 19 an der Stirnseite di<s Schutzrohres 10 anlegt. Dadurch ist eine Beschädigung des Näherungsinitiators zunächst ausgeschlossen. Ist die Bewegung bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht zum Stillstand gelangt, bewegt sich der Taststift 3 weiter in seiner Gleitbohrung 6, und der Schaitstift 19 verschiebt sich in seiner Gleitbohrung 18 entgegen der Kraft der Druckfeder 17.

Der Taststift 3 kann demzufolge nach der Berührung der Schaltfläche 23 mit der Stirnseite des Schutzrohres 10 noch um den Freihub f verschoben werden, bis die Stirnseite des Gleitkolbens 13 an der Stirnseite des Zentrierbundes 7 am Gehäuse 2 des Näherungsinitiators 1 zur Anlage gelangt.

Der spezifische Vorteil der Erfindung liegt insbesondere in der hohen Anfahrsicherheit des Adapters begründet, welche es gestattet, große Werkstückmassen mit hohen Handhabungsgeschwindigkeiten zu manipulieren.

Infolge der genauen Führung des Taststiftes sind keine quer zi" Bewegungsrichtung verlaufenden Kippbewegungen möglich, so daf keine durch Ouerbewegungen verfälschte Meßergebnisse entstehen.

Claims (5)

1. Adapter zwischen Näherungsinitiator und Taststift einer Linearmeßvorrichtung, mit einem in einer Zylinderhülse axialbewoglichen Taststift, der durch eine vorgespannte Druckfeder in der Zylinderhülse in Antastposition gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter aus einer Kuppelhülse (4) besteht, die eine Gleitbohrung (6) aufweist, in welcher der Taststift (3) mit einem Gleitkolben (13) gelagert ist, wobei sich die Druckfeder (15) am Gleitkolben (13) und am Gehäuse (2) des Näherungsinitiators (1) abstützt, mit dem die Kuppelhülse (4) verbunden ist und daß im Gleitkolben (13) ein Schaltstift (19) gegen die Kraft einer vorgespannten Druckfeder (17) axialbeweglich so gelagert ist, daß sich seine Schaltfläche (23) in Antastposition des Taststiftes (3) in einem Abstand (a) von der Wirkfläche (11) des Näherungsinitiators (1) befindet, der in die Gleitbohrung (6) hineinragt.

2. Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) des Näherungsinitiators (1) diesen im bereich der Gleitbohrung (6) mit einem Schutzrohr (10) umfaßt, das mit seiner Stirnseite um ein Maß (b) über die Wirkfläche (11) des Näherungsinitiators (1) hinausragt und daß die Schaltfläche (23) des Schaltstiftes (19) Bestandteil eines zylindrischen Schaltkopfes (22) ist, dessen Außendurchmesser größer als die Aufnahmebohrung des Näherungsinitiators (Dim Schutzrohr (10) ist.

3. Adapter nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleitkolben (13) eine Aufnahmebohrung (14) für die Druckfeder (15) des Taststiftes (3) angeordnet ist, der sich eine im Durchmesser kleinere Aufnahmebohrung (16) für die Druckfeder (17) des Schaltstiftes (19) anschließt, daß der Außendurchmesser des Schutzrohres (10) so bemessen ist, daß die Druckfeder

(15) des Taststiftes (3) auf dem Schutzrohr (10) gleitend Aufnahme findet und daß der Schaft des Schaltstiftes (19) axialbeweglich in einer Gleitbohrung (18) gelagert ist, die sich konzentrisch an die Aufnahmebohrung (16) für die Druckfeder (17) des Schaltstiftes (19) anschließt, wobei diese Druckfeder (17) den Schaft des Schaltstiftes (19) umschließt und ihre Widerlager einerseits am Schaltkopf (22) des Schaltstiftes (19) und andererseits am Bohrungsabsatz ihrer Aufnahmebohrung

(16) findet.

4. Adapter nach Anspruch 1 oder 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfläche (23) des Schaltstiftes (19) in Antastposition so vorpositioniert ist, daß ihr Abstand (a) von der Wirkfläche (11) des Näherungsinitiators (1) größer als der Schaltabstand (d) ist und daß der axiale Verstellweg des Schaltstiftes (19) in seine: Gleltbohrung (18) größer bemessen ist, als die Differenz des maximalen Verfahrweges (e) des Taststiftes (3) in der Kuppelhülse (4) und dem Abstand (c) der Schaltfläche (23) des Schaltstiftes (19) von der Stirnseite des Schutzrohres (10) in Antastposition.

5. Adapter nach Anspruch 1 oder 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelhülse (4) mit Außengewinde (5) versehen ist, dem mindestens eine Befestigungsmutter (27) zugeordnet ist.