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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch
1.
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"Bauteile" im Sinne der Erfindung
sind Bauteile oder Bauelemente, auch Baugruppen und Werkstücke der
unterschiedlichster Art, die beispielsweise bei einer Montage oder
Demontage und/oder Bearbeitung mit Hilfe eines Manipulators maschinell
zwischen zwei Positionen bewegt werden, z. B. zum Aufnehmen wenigstens
eines Bauteils an einer Bereitstellungsposition und zum Einsetzen
dieses Bauteils in eine Bearbeitungsmaschine, beispielsweise in eine
Fräsmaschine,
oder umgekehrt zum Entnehmen wenigstens eines Bauteils aus einer
Bearbeitungsmaschine, beispielsweise Fräsmaschine, und zum Absetzen
dieses Bauteils an einer Ablageposition.
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"Manipulatoren" im Sinne der Erfindung
sind ganz allgemein motorisch angetriebene oder bewegte Vorrichtung
oder Transport- bzw. Transfereinrichtungen, mit denen Bauteile beim
Montieren und/oder demontieren maschinell, d. h. durch Steuerung
mit einem Programm gesteuerten Bewegungsablauf bewegt werden. Manipulatoren
in diesem Sinne sind insbesondere Roboter.
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Unter "zugangsgeschützter Raum" oder "zugangsgeschützter Bereich" ist im Sinne der
Erfindung insbesondere derjenige Raum oder Bereich zu verstehen,
in dem sich der Manipulator, beispielsweise der Roboter oder Roboterarm
in einem Automatikbetrieb bewegt und der für Personen oder deren Zutritt bei
laufender Anlage gesperrt ist, wobei die Bewegung des Roboters oder
Roboterarmes in dem zugangsgeschützten
Raum oder Bereich insbesondere auch Schwenk- und Drehbewegungen
um eine und/oder mehrere Achsen auch über jeweils einen größeren Winkelbereich
aufweisen kann.
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„Verarbeiten" im Sinne der Erfindung
bedeutet ganz allgemein jede Art einer Verarbeitung der Bauteile,
einschließlich
einer Montage sowie auch jede Art einer Bearbeitung der Bauteile,
beispielsweise auch eine Bearbeitung mit einem formenden und/oder
spanabhebenden Verfahren beliebiger Art.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzugeigen, mit dem es gefahrlos,
insbesondere auch mit reduziertem Steueraufwand und zeitsparend
möglich
ist, Bauteile zwischen zwei Positionen maschinell zu bewegen und
dabei an einer dieser Positionen in einem Automatikbetrieb lagegenau
abzulegen oder zu entnehmen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein
Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
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Bei
einer Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Aufnahme des jeweiligen Bauteils außerhalb des zugangsgeschützten Bereichs,
d. h. innerhalb eines nicht geschützten Bereichs, der Manipulator
bzw. dessen Bauteilaufnahme zunächst
in einem überwachten
Automatikbetrieb an eine dem aufzunehmenden und an der ersten Position
bereitstehenden Bauelement benachbarten Bereitstellungsposition
bewegt. Aus dieser Bereitstellungsposition erfolgt dann manuell
gesteuert das endgültige
Heranbewegen der Bauteilaufnahme an das bereitstehende Bauteil,
und zwar in einer Sequenz der Bewegungssteuerung des Manipulators, in
der bis auf die zum Heranführen
an die bereitstehende Bauteil benötigten kurzen Bewegungen sämtliche
Bewegungen des Manipulators gesperrt sind. Nach dem Aufnehmen bzw.
Fassen des Bauteils bewegen sich der Manipulator bzw. die Bauteilaufnahme
mit dem Bauteil in einen überwachten
Automatikbetrieb aus dem nicht geschützten Raum oder Bereich in
den zugangsgeschützten
Raum bzw. Bereich hinein, in dem dann auch ggf. unter Schwenken
und Drehen des Manipulators um eine oder mehrere Achsen das lagegenaue
Ablegen des Bauteils an der zweiten Position, beispielsweise das
lagegenaue Einsetzen des Bauteils in oder an einer Bearbeitungsmaschine,
z. B. Fräsmaschine
erfolgt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Aufnahme bzw. Abnahme eines Bauteils an der zweiten Position innerhalb
des geschützten
Bereichs der Manipulator bzw. dessen Bauteilaufnahme zunächst in
einem Automatikbetrieb an das an der zweiten Position befindliche
Bauteil heranbewegt und das Bauteil mit dem Manipulator entnommen
und aus dem zugangsgeschützten
Bereich in den nicht geschützten
Bereich bewegt. Die Bewegung des Manipulators und des an diesem
bzw. an der Bauteilaufnahme gehaltenen Bauteils im nicht geschützten Bereich
erfolgt dann wiederum in dem überwachten
Automatikbetrieb, und zwar bis an die Bereitstellungsposition von
der dann die weitere Bewegung des Manipulators zum Ablegen an der
ersten Position manuell gesteuert wird.
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Während des überwachten
Automatikbetriebes sowohl beim Heranführen des Manipulators an die
Bereitstellungsposition, als auch beim Wegbewegen des Manipulators
in den zugangsgeschützten Bereich
bzw. Raum, aber auch bei dem manuellen Heranführen bzw. Wegführen der
Bauteilaufnahme an die bzw. von der ersten Position erfolgt eine
ständige Überwachung
des Bewegungsraumes des Manipulators bzw. der Bauteilaufnahme mit
Hilfe einer geeigneten Sensorik, beispielsweise mit Hilfe von opto-elektrischen
Sensoren, wie z. B. Kameras usw., so dass der überwachte Automatikbetrieb,
aber auch die manuell gesteuerte Bewegung sofort automatisch dann
gestoppt werden, wenn sich eine Person oder ein Teil einer Person
oder aber Gegenstände
oder Hindernisse in dem überwachten
Bewegungsraum (den Manipulator und/oder die Bauteilaufnahme umgebende
Hüllkurve)
befinden.
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Die
manuelle Steuerung erfolgt bevorzugt durch eine an dem Manipulator
oder an der Bauteilaufnahme vorgesehene Betätigungs- oder Steuereinrichtung,
beispielsweise in Form eines Joy-Sticks. Bevorzugt ist diese Steuereinrichtung
so ausgebildet, dass ein Zweihandbetrieb notwendig ist. Durch die Verwendung
einer an dem Manipulator bzw. an der Bauteilaufnahme vorgesehene
Steuereinrichtung ergibt sich eine ergonomisch besonders vorteilhafte Steuerung.
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Die
Bewegungsabläufe
des Manipulators sind so gewählt,
dass für
das manuell gesteuerte Heranführen
der Bauteilaufnahme an die erste Position, beispielsweise an das
dort bereitstehende Bauteil nur noch sehr kurze Wege und ein möglichst
einfacher Bewegungsablauf erforderlich sind, dieses manuelle Heranführen also
ohne großen
Zeitaufwand durchgeführt
werden kann und somit beispielsweise innerhalb der jeweiligen Fertigungstaktzeit
eine ausreichend große
Nebenzeit für
weitere Arbeitsschritte verbleibt, beispielsweise zum Nachführen eines
weiteren Bauteils an die erste Position.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu
einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, bei
dem die Bauteile an der ersten Position bereitgestellt und an die
zweite Position zur dortigen lagegenauen Ablage transportiert werden.
Es zeigen:
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1 und 2 jeweils
in vereinfachter perspektivischer Darstellung eine Arbeitsstation
gemäß der Erfindung
in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen.
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Die
in den Figuren dargestellte und dort allgemein mit 1 bezeichnete
Arbeitsstation dient im Wesentlichen zum Aufnehmen von an einem
Aufgabebereich 2 bzw. an einer dortigen ersten Position 2.1 (Aufgabeposition)
bereit gestellten Bauteilen 3, zum Transfer der Bauteile 3 an
eine in einem Bearbeitungsbereich 4 angeordnete Bearbeitungsmaschine 5 und
zum lagegenauen, vollautomatischen Einsetzen der Bauteile 3 in
eine dortige zweite Position 5.1, beispielsweise Werkstückaufnahme.
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Für die Aufnahme
der Bauteile 3 an der Position 2.1, für den Transfer
der Bauteile 3 an den Bearbeitungsbereich 4 und
für das
automatische lagegenaue Ablegen der Bauteile 3 an der Position 5.1 ist eine
Handlings- und Transfervorrichtung in Form eines Roboters 6 vorgesehen,
der an seinem Roboterarm 7 mit einer Bauteilaufnahme bzw.
mit einem Greifkopf 8 versehen ist. Dieser ist für ein exakt
definiertes Greifen des jeweiligen Bauteils 3 so ausgebildet,
dass jedes vom Greifkopf 8 an der Position 2.1 aufgenommene
bzw. gegriffene Bauteil 3 am Greifkopf 8 eine
vorgegebene, exakte Positionierung im Bezug auf die Achsen des Roboters 6 aufweist
und somit durch entsprechende Ansteuerung des Roboters 6 bzw.
des Roboterarmes 7 und des Greifkopfes 8 mittels
eines in einer Steuerung 9 abgelegten Programms ein vollautomatisches,
exaktes lagegenaues Einsetzen oder Ablegen des jeweiligen Bauteils 3 in bzw.
an der Position 5.1 möglich
ist. Der Roboter 6 weist beispielsweise in der üblichen
Form sechs steuerbare Achsen auf.
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Die
Besonderheit der Arbeitsstation 1 besteht darin, dass sie
ein gefahrloses Zusammenwirken zwischen dem Roboter 6 und
Personen oder Werker W ermöglicht.
Hierfür
ist der Raum zwischen dem Aufgabebereich 2 und dem Bearbeitungsbereich 4,
innerhalb dem (Raum) sich der Roboter 6 bzw. Roboterarm 7 bewegt
in einen nicht geschützten Raum 10,
in dem sich der Aufgabebereich 2 mit der Position 2.1 befindet,
und in einen zugangsgeschützten
Raum 11 unterteilt, in dem sich der Bearbeitungsbereich 4 mit
der Position 5.1 befindet, wie dies in den Figuren mit
der vertikalen Trennebene 12 schematisch angedeutet ist.
Diese Trennebene 12 zwischen den beiden Räumen 10 und 11 ist
beispielsweise von einer mechanischen Barriere, z. B. von einem
Schutzgitter oder Schutzwand gebildet, oder aber beispielsweise
durch eine Bodenmarkierung oder anderweitig optisch gekennzeichnet
und wird von wenigstens einem Sensor, beispielsweise einen Flächenscanner
ständig überwacht,
der ein Stillsetzen des Roboters 6 und gegebenenfalls auch
der Montagelinie insgesamt dann zwangsweise bewirkt, wenn sich eine
Person W in dem zugangsgeschützten
Raum 11 befindet oder sich in diesen hineinbewegt.
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Die
Steuerung des Roboters 6 erfolgt durch die Steuereinrichtung 9 in
der Weise, dass sich der Roboter 6 bzw. der Roboterarm 7 mit
dem Greiferkopf 8 in dem zugangsgeschützten Raum 11 in einem voll
automatischen Betrieb bewegt und an den sich automatisch ein überwachter
Automatikbebtrieb anschließt,
sobald sich der Roboterarm 7 oder der Greiferkopf 8 oder
Teile hiervon sich in dem nicht geschützten Raum 10 befinden.
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In
dem vollautomatischen Betrieb sind die Bewegungen des Roboters vollständig durch
die Steuereinrichtung 9 gesteuert. Der Roboter 6 führt dabei
alle für
das Einsetzen oder Ablegen der Bauteile 3 sowie für das Entfernen
des Roboterarmes 7 nach dem Einsetzen oder Ablegen eines
Bauteils notwendigen Dreh- und Schwenkbewegungen mit einer für die erforderliche
Leistung der Arbeitsstation möglichst
hohen Geschwindigkeit aus.
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In
dem nicht geschützten
Raum 10 erfolgt die Bewegung des Roboters 6 bzw.
Rotoberarmes 7 mit dem Greiferkopf 8 nur noch
mit stark reduzierter Geschwindigkeit und vorzugsweise auch nur
in bzw. um eine einzige Achse, beispielsweise durch ein Schwenken
um eine horizontale Achse. Zum Aufnehmen eines Bauteils 3 wird
in diesem überwachten
Automatikbetrieb der Greiferkopf 8 mit dem Roboterarm 7 an
eine Bereitstellungsposition unmittelbar in die Nähe eines
an der Position 2.1 bereitstehenden Bauteils 3 bewegt.
Hat der Greiferkopf 8 mit reduzierter Geschwindigkeit diese
Bereitstellungsposition erreicht, so erfolgt eine Übergabe
der Steuerung des Roboters 6 von dem überwachten Automatikbetrieb an
eine Handsteuerung durch den Werker W. Hierfür ist am Roboterarm 7 in
der Nähe
des Greiferkopfes 8 oder aber am Greiferkopf 8 selbst
ein manuell betätigbares
Steuerelement 13 in Form eines Joysticks vorgesehen, mit
dem durch den Werker W der Greifkopf 8 manuell an das an
der Position 2.1 bereitstehende Bauteil 3 herangeführt und
mit diesem verbunden werden kann, sodass das Bauteil 3 am
Greifkopf 8 und damit auch in Bezug auf die Achsen des
Roboters 6 die erforderliche exakte Positionierung aufweist.
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Ein
Vorteil dieses manuellen Heranführens des
Greifkopfes 8 an das jeweilige Bauteil 3 aus der Bereitstellungsposition
hat den Vorteil, dass die hierfür
benötigten
Bewegungen nur sehr kurz sind, dass es nicht erforderlich ist, das
jeweilige Bauteil 3 sehr exakt am Aufgabenbereich 2 bzw.
an der dortigen Aufgabeposition 2.1 zu positionieren und
insbesondere auch Überwachungs-
und Steuermittel vermieden sind, die bei einem vollautomatischen
Greifen der Bauteile 3 für das exakte Positionieren
dieser Bauteile am Greiferkopf 8 erforderlich wären. Insbesondere
auch bei Bauteilen 3, die aufgrund ihrer Ausbildung mit
Sensoren, insbesondere auch mit opto-elektrischen Sensoren oder
Bilderfassungs- und Verarbeitungssystemen nicht oder nur sehr schwer erfasst
werden können,
bietet die beschriebene Arbeitsstation erhebliche Vorteile.
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Nach
dem Greifen eines Bauteils 3 mit dem Greiferkopf 8 wird
durch manuelle Betätigung
der Betätigungseinrichtung 13 bzw.
eines dort vorgesehenen Betätigungselementes
die Steuerung des Roboters 6 wieder an den überwachten
Automatikbetrieb übergeben,
so dass dann in diesem überwachten
Automatikbetrieb der Roboterarm 7 mit dem am Greiferkopf 8 gehaltenen
Bauteil 3 mit reduzierter Geschwindigkeit und vorzugsweise
mit einer Bewegung in bzw. um lediglich eine Achse aus dem nicht
geschützten
Raum 11 herausbewegt wird. Im Anschluss daran erfolgt in
dem zugangsgeschützten Raum 12 in
dem vollautomatischen Betrieb mit erhöhter Geschwindigkeit der Transfer
des Bauteils 3 an die Bearbeitungsmaschine 5 und
das Einsetzen oder Ablegen des Bauteils 3 an der dortigen
Position 5.1.
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Bei
dem überwachten
Automatikbetrieb erfolgt eine ständige Überwachung
des Bewegungsraumes des Roboterarmes 7, das Greiferkopfes 8 und
des an diesem Greiferkopf gehaltenen Bauteils 3 mit Hilfe
einer geeigneten Sensorik, beispielsweise mit Hilfe von opto-elektrischen
Sensoren, wie Kameras usw., so dass dieser überwachte Automatikbetrieb
sofort automatisch gestoppt und die gesamt Arbeitsstation sowie
auch ein evtl. vorhandenes Transportsystem stillgesetzt werden,
wenn sich Personen W oder aber Hindernisse im überwachten Bewegungsraum (Hüllkurve)
befinden.
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Der überwachte
Automatikbetrieb kann aber auch so gestaltet sein, dass bei entsprechend
langsamer Bewegung des Roboterarmes 7 und des Greiferkopfes 8 auch
mit dem an diesem gehaltenen Bauteil 3 stets ein ausreichend
großer
Mindestabstand zu sämtlichen
Flächen
und/oder Gegenständen
des Aufgabenbereichs 2, insbesondere auch zu Boden- und/oder Seiten-
und/oder Wandflächen
sowie zu weiteren Elementen der Arbeitsstation 1, aber
auch zu weiteren, an den Aufgabenbereich 2 transportierten
Bauteilen 3 eingehalten wird, beispielsweise ein Mindestabstand
von wenigstens 0,75 m, so dass Personenunfälle durch Einklemmen oder Einquetschen ausgeschlossen
sind.
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Die
Bauteile 3 werden dem Aufgabenbereich 2 bzw. der
dortigen Position 2.1 beispielsweise über einen nicht dargestellten
Transporteur zugeführt.
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Der überwachte
Automatikbetrieb auch unter Einhaltung der Mindestabstände wird
immer erst dann eingeleitet, wenn der Werker W für diesen überwachten Automatikbetrieb
seine Zustimmung erteilt, und zwar beispielsweise durch die Betätigung der Betätigungseinrichtung 13 oder
eines dort vorgesehenen Betätigungselementes,
beispielsweise Tasters.
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Weiterhin
können
selbstverständlich
die vorbeschriebenen Maßnahmen
für den überwachten Automatikbetrieb
kombiniert werden.
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Befindet
sich der Greifkopf 8 in der Bereitstellungsposition relativ
zu der Position 2.1 oder einem dortigen Bauteil 3,
so erfolgt manuell gesteuert die Bewegung des Roboters. In dieser
Sequenz der Steuerung sind nur für
das Heranführen
an die Position 2.1 oder an das aufzunehmende Bauteil 3 notwendigen
Bewegungen möglich,
für alle
anderen Bewegungen sind der Roboter 6 und der Roboterarm 7 gesperrt.
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Die
Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind.
So ist es beispielsweise möglich,
bei entsprechender Ausbildung des Greiferkopfes 8 und entsprechender
Ansteuerung des Roboters 6 in einem Arbeitstakt jeweils
mehrere Bauteile 3, beispielsweise zwei Bauteile 3 zwischen
den Bereichen 2 und 4 zu transportieren. In diesem
Fall sind am Roboterarm 7 beispielsweise wenigsten zwei
Greifköpfe 8 vorgesehen,
mit denen dann die Bauteile 3 z. B. nacheinander gegriffen
oder abgelegt wird. Für
dieses Greifen oder Ablegen erfolgt dann beispielsweise wiederum
das manuelle Steuern des Roboters 6 durch den Werker W
mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 13 in
einer Sequenz der Robotersteuerung, in welcher nur die für das Ranführen der
Greiferköpfe 8 aus
der Bereitstellungsposition an die Position 2.1 notwendigen
Bewegungen möglich
sind, während alle
anderen Bewegungen des Roboters 6 und des Roboterarmes 7 gesperrt
sind.
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Vorstehend
wurde davon ausgegangen, dass die Bauteile 3 jeweils von
der Position 2.1 an die Position 5.1 übertragen
bzw. transportiert werden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit
die Bauteile 3 umgekehrt jeweils mit dem Manipulators oder
Roboter 6 im vollautomatischen Betrieb an der Position 5.1 zu
entnehmen, beispielsweise nach einer Bearbeitung an der Bearbeitungsmaschine 5, und
dann zunächst
in einem voll automatischen Betrieb und anschließend nach dem Eintreten des
Greiferkopfes 8 und des Bauteils 3 in den nicht
geschützten
Raum bzw. Bereich 11 in dem überwachten Automatikbetrieb
an die Bereitstellungsposition im Bereich der Position 2.1 zu
bewegen, an der das Bauteil 3 abgelegt werden soll. Aus
der Bereitstellungsposition erfolgt dann durch manuelle Steuerung
des Werkers W in dem manuellen Betrieb das endgültige Heranführen des
Bauteils 3 an die Position 2.1 und das dortige
Ablegen des Bauteils.
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Die
Arbeitsstation 1 ist beispielsweise Bestandteil einer Fertigungsanlage,
in der die an dem Aufgabebereich 2 bzw. an der dortigen
Position 2.1 bereitgestellten Bauteile 3 in der
Bearbeitungsmaschine 5 (beispielsweise Fräsmaschine)
bearbeitet und dann nach der Bearbeitung einer weiteren Verwendung
zugeführt
werden. Hierfür
ist es dann z. B. möglich,
dass die bearbeiteten Bauteile 3 mittels des Roboters 6 der
Bearbeitungsmaschine 5 in einem Automatikbetrieb entnommen,
aus dem zugangsgeschützten
Raum 10 in den nicht geschützten Raum 11 zunächst an
eine Bereitstellungsposition in der Nähe beispielsweise einer Position 2.1a bewegt
und dann durch manuelle Steuerung des Roboters 6 an dieser
Position abgesetzt werden.
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- 1
- Arbeitsstation
- 2
- Aufgabebereich
- 2.1,
2.1a
- Position
- 3
- Bauteil
- 4
- Bearbeitungsbereich
- 5
- Bearbeitungsmaschine
- 5.1
- Position
- 6
- Roboter
- 7
- Roboterarm
- 8
- Greifkopf
- 9
- Steuerung
- 10
- zugangsgeschützter Raum
- 11
- lichtgeschützter Raum
- 12
- Trennebene
- 13
- Steuerelement
- W
- Werker