DE10039149C2 - Vorrichtung zur schnellen lagegerechten Zuführung von Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen lagegerechten Zuführung von Teilen, optional mit Aus­ sortierung von Schlechtteilen.

Ursprünglich chaotisch orientierte Teile müssen für die Be­ schickung von Maschinen gleichartig orientiert zugeführt werden.

Bei vielen Teileklassen (z. B. näherungsweise rotationssym­ metrische Teile wie Bolzen, Schrauben, Stifte) verlassen die Teile die Bereitstellung in nur zwei möglichen Lage­ arten (z. B. mit Kopf nach vorne oder nach hinten). In die­ sem Fall besteht die Aufgabe darin, falsch herum orien­ tierte Teile um 180 Grad zu drehen. Es gibt jedoch auch die Aufgabe, ein Teil mehrfach um verschiedene Achsen um 90 Grad, 180 Grad oder andere feste Winkel zu drehen. Die im folgenden aufgeführten Beispiele betreffen aus Gründen der einfacheren Darstellung eine einzelne Drehung um 180 Grad. Eine entsprechende Realisierung mit anderen Winkeln und eine Kaskadierung mehrerer Drehungen ergibt sich in direkter Weise und wird in den Ansprüchen mit aufgeführt.

Zur lagegerechten Zuführung von ursprünglich chaotisch ori­ entierten Teilen werden bisher grundsätzlich die folgenden Methoden angewandt:

• - Bei Rüttel-/Schwingförderern das Zurückwerfen falsch lie­ gender Teile in den Vorratsbehälter mittels mechanischer Schikanen (Nachteile: aufwendige teilespezifische Ent­ wicklung und Erprobung der Schikanen; bei 2 möglichen Lagearten durchschnittlich 50% Ausbringung, bei mehreren Lagearten noch weniger).
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels allgemeiner Sen­ soren (z. B. Bildverarbeitungssystemen) und Zurückbeför­ dern dieser Teile. (Nachteil: bei 2 möglichen Lagearten durchschnittlich 50% Ausbringung, bei mehreren Lagearten noch weniger).
• - Ein Beispiel mit dem Aussortieren falscher und falsch liegender Teile mittels Bildverarbeitung ist DE 297 05 781 U1.
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels Sensoren (z. B. Bildverarbeitungssystemen) und mechanisches Orientieren der Teile mittels Robotern oder Handhabungssystemen. (Nachteil: Roboter und Handhabungssysteme sind relativ langsam; daraus ergibt sich eine niedrige Ausbringung).
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels Sensoren (z. B. Bildverarbeitungssystemen), Einführen der Teile in Wen­ deeinrichtungen und mechanisches Orientieren der falsch liegenden Teile um z. B. 180 Grad.

Ein Beispiel ist DE 198 31 588 A1: Es wird eine Wende­ einrichtung eingesetzt, falsch liegende Teile werden komplett gedreht.

Die letztgenannte Methode hat zwar den Vorteil, daß falsch liegende Teile nicht zurückbefördert werden müs­ sen, und die bekannten Wendeeinrichtungen sind zwar schneller als Roboter oder Handhabungssysteme, sie sind jedoch zu langsam für heutige Hochgeschwindigkeitsanfor­ derungen bei Kleinteilen. Auch haben sich solche Lösun­ gen in der Praxis von Seiten der Mechanik als kritisch herausgestellt: aufgrund der zum Drehen erforderlichen Zeit sind große Teileabstände erforderlich und damit hohe Teilegeschwindigkeiten.

Das wiederum führt zu mechanischen Problemen (Klemmen in der Wendeeinrichtung) und bei der Erkennung mittels Sensor (schnelle Durchlauferkennung erforderlich; kein Anhalten möglich aus Zeitgründen).

DE 43 03 867 A1 entspricht ebenso der letztgenannten Vorgehensweise; das Teil wird durch ein Wenderad aufge­ nommen und dann je nach Lageart ggf. um 180 Grad ge­ dreht, und dann rückwärts aus dem Wenderad wieder herausbefördert. Zu den geschilderten Nachteilen kommt bei diesem Vorschlag noch der zusätzliche Geschwindig­ keitsnachteil durch die Richtungsumkehr.

• - Erkennen falsch liegender Teile mittels Sensoren (Z. B. Bildverarbeitungssystemen), richtig und falsch liegen­ de Teile werden auf unterschiedlichen Bahnen weiterbe­ fördert, wobei falsch liegende Teile auf ihrer Bahn mittels Wendeeinrichtung um den erforderlichen Winkel, typisch 180 Grad, gedreht werden.
  Hierzu zählt beispielsweise EP 0 270 133 A2.
  Die letztgenannte Methode hat zwar den Vorteil, daß falsch liegende Teile nicht zurückbefördert werden müs­ sen und den zusätzlichen Vorteil, daß richtig liegende Teile nicht durch die aufwendigere Sortiereirichtung hindurch müssen, jede Stecke kann somit für sich besser ausgelastet werden. Jedoch sind die Bearbeitungszeiten auf den verschiedenen Strecken unterschiedlich und da­ mit sind Pufferstrecken erforderlich, um die Teile wie­ der zusammenführen zu können und um eine gewisse Min­ destausbring gewährleisten zu können. Ohne Puffer­ strecke wird die Ausbringung wird durch die langsamere Wendestrecke vollkommen bestimmt. Die Zusammenführung erfordert eine weitere Vereinzelung.
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels Sensoren (z. B. Bildverarbeitungssystemen), richtig und falsch liegende Teile werden in unterschiedlicher Richtung weiterbeför­ dert und anschließend wieder auf eine gemeinsame Bahn zusammengeführt. Durch das Weiterführen in unterschied­ liche Richtung ergibt sich ein Lageunterschied von 180 Grad.
  Ein Beispiel hierfür ist US 5 133 636.
  Nachteilig müssen Transport und ggf. Wenden jeweils komplett für ein Teil in einem Schritt erfolgen, sonst wäre das synchrone Zusammenführen bei der vorgeschla­ genen Anordnung nicht möglich. Befinden sich zu wen­ dende und nicht zu wendende Teile hintereinander vor der Zusammenführung der Bahnen, so ist das synchrone Zusammenführen nicht mehr möglich, da die Teile an der Zusammenführungsstelle kollidieren können.

Ziel der Erfindung ist es, bei 100% Ausbringung (also ohne Zurückbefördern falsch liegender Teile), mit hoher Geschwindigkeit die Teile lagegerecht zuzuführen bei. Ver­ meidung der o. g. Probleme.

Erfindungsgemnäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:
Falsch liegende Teile werden um einen vorgegebenen Winkel ALPHA, vorzugsweise 180 Grad, gedreht, mit folgenden Merk­ malen:

• - Zweistufige Sortiermethodik: Die in falscher Orientie­ rung zugeführten Teile werden in einer ersten Sortiersta­ tion zunächst auf eine Parallelbahn geschleust, dort um ALPHA Grad gedreht und in den Teilefluß synchron wie­ der zurückgeführt.
• - Auf der Bahn mit den zu wendenden Teilen wird ein Wende­ rad (2) eingesetzt. Das Wenden geschieht nicht in einem Schritt um ALPHA, sondern in n kleineren Einzelschritten, mit n <= 2, die zusammen ALPHA ergeben. Mit jedem der Dreh-Einzelschritte wird ein neues Teil bearbeitet.

Eine dementsprechende allgemeine, erfindungsgemäße Realisie­ rung ist in Fig. 1 mit Sortierbereich und Wendebereich dar­ gestellt. Fig. 2 zeigt eine reine Vereinzelungseinheit. Fig. 3 zeigt die Anordnung Fig. 1 aus der Seitenansicht.

Die zweistufige Sortiermethodik hat den Vorteil, daß auf dem parallel geführten Band ausschließlich Teile mit fal­ scher Orientierung vorliegen, so daß für das Drehen der Teile eine "Gruppenlösung" erfolgen kann. Auf der Bahn mit den zu wendenden Teilen wird nun ein sog. Wenderad 2 eingesetzt. Das Wenden geschieht nicht, wie naheliegend, in einem Schritt um z. B. 180 Grad, sondern schrittweise, in mehreren Einzelschritten, z. B. in 10 Schritten zu je 18 Grad, allgenmein in kleineren, vorzugsweise unter­ einander gleichen, Schritten, die zusammen den Winkel ALPHA ergeben. Im Beispiel Fig. 3 ist ALPHA = 180 Grad, mit n = 6 Einzelschritten zu je 30 Grad (n = 5 in Fig. 1) In jedem der Dreh-Einzelschritte wird ein neues Teil bearbeitet, es wird also mit jedem der Dreh-Einzel­ schritte ein Teil in das Drehrad aufgenommen und ein anderes Teil ausgegeben.

Dies hat für die Gesamtausbringung den wesentlichen Vor­ teil, daß Zeitverlust nur in den ersten Sekunden des Systemanlaufs entsteht, - nämlich bis das Wenderad 2 völlig bestückt ist -, danach wird bei jedem (z. B. 18-Grad-) Wendetakt ein Teil ausgebracht und kann synchron in die erste Analysespur zurückgeführt werden. Die pro Ausbringungstakt für das Wenden erforderliche Bewegung wurde damit um eine Größenordnung reduziert!

Nach dem Stand der Technik wird unter Verwendung eines Wenderads das Teil IN EINEM SCHRITT um den Winkel ALPHA gedreht. Erfindungsgemäß wird hier das Teil in mehreren Schritten, die zusammen den Winkel ALPHA ergeben, gedreht, wobei mit jedem dieser Schritte ein neues Teil in das Wen­ derad kommt und eines das Wenderad verläßt; ein bestimmtes Teil verläßt die Wendeeinheit also erst nach ALPHA/n Dreh-Einzelschritten, also nachdem bereits n Teile das Wenderad verlassen haben.

Dreh-Einzelschritte werden nur vorgenommen, wenn ein zu drehendes Teil kommt. Für vorab richtig orientierte Teile entfällt der Dreh-Einzelschritt.

Vor dem Sortieren ist je nach Teileklasse eine Vereinze­ lung erforderlich, insbesondere dann, wenn sich andernfalls beim nachfolgenden Sortiervorgang die Teile verhaken können.

Eine Teilezuführung besteht also aus einer Kaskadierung von folgenden Modultypen:

• - Vereinzeln (kann je nach Teileart auch entfallen).
• - Sortieren (kann je nach Aufgabenstellung mehrmals auftre­ ten).
• - Wenden (kann je nach Aufgabenstellung mehrmals auftreten).

Das Sortieren kann entsprechend dem Stand der Technik mit sich hin und her bewegenden Aktoren (Vorwärtsbewegung zum seitlichen Ausbringen; Rückwärtsbewegung erforderlich, um den Aktor in die Ausgangsposition zurückzubringen).

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Sortieren erfindungsgemäß mit einem Sortierrad 4 realisiert, wie im folgenden Absatz gemeinsam mit der Wendeeinrichtung be­ schrieben: Vorteil der Realisierung mit Sortierrad 4 ist, daß eine Rückwärtsbewegung entfällt, da nach der Drehung gleich wieder eine freie Sortierposition zur Verfügung steht.

In der bevorzugten Realisierung schlägt das zu sortie­ rende Teil an dem Wenderad 2 an (nicht notwendigerweise mit Schwerkraft), wie in Fig. 2 1 und Fig. 3 gezeigt. Steht es falsch herum, so bleibt das Sortierrad 4 stehen und das Wenderad dreht sich so weit, daß das Teil in das Wenderad hineinfallen kann (andernfalls dreht sich nur das Sortierrad 4, damit das Teil geradeaus nach unten fallen kann).

Es ist jedoch auch möglich, daß das Teil auf dem Sortierrad 4 anschlägt (Sortierrad in Zwischenstellung). Vorteil dieser Vorgehensweise ist, daß das Teil in dieser Stellung bei Verwenden mit einer transparenten Führung vollständig sichtbar ist.

Eine erfindungsgemäße Realisierung ist in Fig. 1 mit Sor­ tierbereich und Wendebereich dargestellt, wobei in dem ge­ zeigten Beispiel der Transport alleine durch die Schwer­ kraft geschieht.

In der dargestellten Form sitzt das zu sortierende Teil auf dem Wenderad 2 auf; Mit der integrierten Bildauswer­ tung oder einem anderen Sensor 1 (Kamera-Symbol) wird die Lageart des Teils erkannt. Dies geschieht anhand der Teilegeometrie, die oberhalb oder unterhalb des Sortier­ rades 4 sichtbar ist.

In diesem Beispiel ist eine Gut-Schlecht-Entscheidung di­ rekt in die Sortierung integriert.

Abhängig vom Ausgangssignal des Sensors/der Kameraauswer­ tung 1 wird entweder das Sortierrad 4 in die eine oder in die andere Richtung gedreht, (in die eine Richtung für rich­ tig liegende Gutteile, in die andere für Schlechtteile), für falsch liegende Gutteile wird das Wenderad 2 gedreht, so daß das Teil zum Wenden in die nächste Öffnung des Wenderads 2 fällt.

Das Aussortieren von Schlechtteilen ist eine Zusatzoption.

Muß das Teil zur Sortierung vollkommen sichtbar sein, so ist es auch möglich, das Teil auf dem Sortierrad 4 direkt aufsitzen zu lassen, (es steht zwischen 2 Löchern auf), um es anschließend in 2 Schritten zu drehen (einmal zum Herein­ fallen in das Sortierrad 4, und ggf. noch einmal zum eigent­ lichen Sortieren). Der Lochabstand ist so zu wählen, daß das nächste Teil wieder zwischen die Löcher zu stehen kommt.

Die Vorvereinzelung kann mit konventionellen Mitteln er­ folgen oder erfindungsgemäß mit einer Drehrad-Technik, wie in Fig. 2 dargestellt: Diese Vereinzelungseinheit arbeitet ebenfalls mit Kamera; das Transportrad dreht sich solange, bis das Teil in Sollposition steht.

Die Erfassung der Lageart durch einen Sensor geschieht vor der Sortiereinrichtung; dies kann wahlweise in bekannter Weise im Durchlauf realisiert werden oder im Stillstand des Teils.

Die Realisierung im Stillstand kann durch einen Anschlag realisiert werden, wobei bevorzugt direkt die Sortierein­ richtung 4 oder direkt das Wenderad 2 als Anschlag verwen­ det werden kann.

Zusammenfassend können wesentliche Vorteile dieser neuen Anordnung genannt werden:

• - falsch herum liegende Teile werden nicht, wie üblich, aus­ geworfen und in den Vorratsbehälter zurückgeworfen (Aus­ beute durchschnittlich 50%), sondern ohne Taktzeitverlust direkt gewendet.
• - Auch größere Teile können ohne Taktzeitverlust gewendet werden, da das Wenden in mehreren kleinen Schritten, pa­ rallel mit dem Sortieren erfolgt. Gegenüber z. B. DE 43 03 867 A1, wo ebenfalls ein Wenderad verwendet wird, das Wenden jedoch in einem Schritt erfolgt, ergibt sich ein wesentlicher Geschwindigkeitsvorteil: Nach DE 43 03 867 A1 bewegt sich das Teil in das Wenderad hi­ nein und, gegebenenfalls nach Wenden, in der Gegenrichtung gleich wieder heraus, bevor ein weiteres Teil hineinkom­ men kann. Es muß also, falls es je nach Lage gewendet werden muß, im Ausbringungstakt mit einem einzigen Schritt komplett gewendet werden. Nach DE 43 03 867 A1 muß Preßluft eingesetzt werden, um in einem Takt das Teil schnell genug einzubringen, voll zu drehen, und auszu­ bringen. Bei dem hier vorliegenden Gerät wird in jedem Takt
• - das Wenderad nur um einen kleinen Winkel gedreht,
• - gleichzeitig ein Teil in das Drehrad eingebracht und ein anderes ausgebracht,
  mit dem sich daraus ergebenden Geschwindigkeitsvorteil.
• - Vereinzeln, Sortieren und Wenden geschehen zu fast 100% gleichzeitig.
• - Einbringen in die Wendeeinrichtung und Ausbringen aus der Wendeeinrichtung erfolgen gleichzeitig.
• - Der Transport geschieht nur mit Schwerkraft, und ist dem­ entsprechend preiswert.
• - Das Sortieren mit Rädern in der angegebenen Weise führt dazu, daß keine leeren Rückwärts-Bewegungen gemacht werden müssen.
• - Eine Staustrecke ist nicht mehr erforderlich. Der Takt kann in einfacher Weise an den Takt der die Teile abnehmenden Maschine angepaßt werden.
• - Aufgrund der durchweg getakteten Arbeitsweise kann die Steuerung der Mechanik und die Bildverarbeitung grundsätz­ lich vom gleichen Rechner übernommen werden.
• - Bilderfassung im Stillstand.
• - Die Anordnung ist MODULAR, mit signifikanten Vorteilen:
  • 1. Vereinzeln, Sortieren und Wenden geschieht mechanisch unabhängig voneinander; die betreffenden Stationen kön­ nen unabhängig voneinander realisiert werden, ohne Taktzeitverlust.
  • 2. Die Stationen selbst bestehen alle aus einem Rad und einem Schrittmotor; die elektrische Ansteuerung ist einheitlich, dies führt zu entsprechender Vereinfachung bei der Benutzerführung zur Systemintegration sowie zu Kostenvorteilen (hoher Gleichteileanteil).
  • 3. Vereinzelungs-, Sortier- und Wendestationen können in beliebiger Anzahl und Reihenfolge kaskadiert werden, ohne Taktzeitverlust. Beispiel: Nachsortierung nach dem Drehen nach weiteren Gesichtspunkten.
  • 4. Aufgrund des einheitlichen Ansatzes ist es möglich, eine für eine bestimmte Teileart zugeschnittene Lösung zu realisieren, alleine durch Auswahl von (ggf. vorge­ fertigten) Standard-Rädern nach Teilung, Lochgröße und Scheibendicke, sowie von Führungsrohren nach Durchmes­ ser.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Sortierung von Teilen nach Lageart mittels Sensor (1), mit Drehung der falsch liegenden Teile um einen vorgegebenen Winkel ALPHA, vorzugsweise 180 Grad, mit folgenden Merkmalen:

• - Zweistufige Sortiermethodik: Die in falscher Orientie­ rung zugeführten Teile werden in einer ersten Sortiersta­ tion zunächst auf eine Parallelbahn geschleust, dort um ALPHA Grad gedreht und in den Teilefluß synchron wie­ der zurückgeführt.
• - Auf der Bahn mit den zu wendenden Teilen wird ein Wende­ rad (2) eingesetzt. Das Wenden geschieht nicht in einem Schritt um ALPHA, sondern in n kleineren Einzelschrit­ ten, mit n <= 2, die zusammen ALPHA ergeben. Mit jedem der Dreh-Einzelschritte wird ein neues Teil bearbeitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit folgenden Merkmalen:
Das zu sortierende Teil schlägt an dem Wenderad (2) an, mit dem Sensor (1) wird in dieser Teilestellung die Lage­ art des Teils erkannt.
Abhängig vom Ausgangssignal des Sensors (1) wird entweder die Sortiereinrichtung betätigt, für richtig liegende Teile, oder das Wenderad (2) wird gedreht, für falsch liegende Teile.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit folgenden Merkmalen:
Das zu sortierende Teil schlägt an der Sortiereinrichtung (4) an, mit dem Sensor (1) wird in dieser Teilestellung die Lageart des Teils erkannt.
Nach der Lageerkennung wird das Teil in 2 Schritten ge­ dreht, einmal zum Hereinfallen in das Sortierrad 4, ein­ mal zum eigentlichen Sortieren, abhängig vom Ausgangs­ signal des Sensors (1).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit folgendem Merkmal:
Als Sortiereinrichtung wird ein Sortierrad (4) verwendet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport durch Schwer­ kraft erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich, mit der gleichen Sortiereinrichtung (4), eine Gut-Schlecht-Sortierung realisiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Vorvereinzelung, gekennzeichnet durch
den Einsatz eines Sensors (5),
den Einsatz eines abhängig vom Sensorsignal betätigten Drehrads (3).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinzelungseinheit nahe bei der Sortiereinheit liegt und daß die Sensoren (1, 5) durch eine einzige Bildauswerungs-Kamera mit entsprechend großem Bildfeld realisiert sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet durch die Kaskadierung mehrerer Sortierstatio­ nen und/oder Wenderäder.