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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vereinzeln von Teilen aus Schüttgut,
bei welchem eine Position zumindest eines Schüttgutteils
bestimmt wird. Dieses Schüttgutteil wird mittels eines
Handhabungsteils eines Greifwerkzeugs aufgenommen. Des Weiteren
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vereinzeln von Teilen
aus Schüttgut.
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Die
DE 10 2008 025 857
A1 beschreibt ein Verfahren zur Vereinzelung von Teilen
aus Schüttgut mittels eines Roboters, wobei die Ist-Position
zumindest eines Schüttgutteils bestimmt wird. Durch ein
robotisches Greifwerkzeug wird ein einzelnes Schüttgutteil
an einer undefinierten Stelle ergriffen und in eine Zwischenablage überführt.
Die Zwischenablage sorgt für ein Vororientieren des abgelegten
Schüttgutteils. Das Schüttgutteil kann so anschließend
an einer definierten Stelle ergriffen werden, und das robotische
Greifwerkzeug kann das Schüttgutteil positions- und lagerichtig
in seine Endablageposition bringen, beispielsweise durch Ablegen
in einen Setzkasten. In dem Setzkasten steht das Schüttgutteil dann
einer Weiterverarbeitung zur Verfügung.
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Bei
einem solchen Verfahren ist es wünschenswert, wenn das
Schüttgutteil besonders rasch einer Weiterverarbeitung
zur Verfügung steht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art besonders effizient zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vereinzeln
von Teilen aus Schüttgut wird eine Position zumindest eines
Schüttgutteils bestimmt. Dieses Schüttgutteil
wird mittels eines Handhabungsteils eines Greifwerkzeugs aufgenommen.
Während des Haltens wird das an dem Handhabungsteil gehaltene Schüttgutteil
relativ zu dem Handhabungsteil bewegt und so in eine vorbestimmte
Position gebracht. Zwischenschritte wie ein Loslassen des Schüttgutteils, ein
Umorientieren desselben und ein erneutes Aufnehmen entfallen also.
Die angestrebte vorbestimmte Orientierung des Schüttgutteils
kann nämlich erreicht werden, noch während das
Schüttgutteil von dem Handhabungsteil gehalten wird, indem
die Ausrichtung des Schüttgutteils relativ zu dem Handhabungsteils
geändert wird. Es ist so ermöglicht, das Schüttgutteil
besonders rasch und somit effizient einer Weiterverarbeitung zur
Verfügung zu stellen. Das Schüttgutteil braucht
nämlich zum Ändern seiner Orientierung, also zum
Verbringen in die vorbestimmte Position, nicht losgelassen zu werden.
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Das
Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität aus,
da es für eine Vielzahl von Schüttgutteilen einsetzbar
ist. Es können so Varianten bei der Fertigung von Gegenständen,
bei welchen die Schüttgutteile Verwendung finden sollen,
besonders gut und einfach berücksichtigt werden. Das Verfahren
ist besonders wirtschaftlich und zeichnet sich durch eine geringe
Komplexität aus.
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Im
Vergleich zu mechanischen Vereinzelungssystemen, welche auf das
zu vereinzelnde Schüttgutteil angepasste Einrichtungen
zum Ausrichten der Schüttgutteile aufweisen, nämlich
so genannte Schikanen, ist so das Verbringen des Schüttgutteils
in die gewünschte Orientierung mittels des Greifwerkzeugs
besonders vielseitig einsetzbar. Darüber hinaus gehen rein
mechanische Vereinzelungssysteme mit einem hohen Platzbedarf, hohen
Kosten und einer hohen Geräuschbelästigung einher,
was durch Einsatz des vorliegenden Verfahrens vermeidbar ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Handhabungsteil
mittels eines Roboters gesteuert, so dass eine effiziente, automatisierte
Fertigung erreichbar ist. Hierbei kann der Roboter das Greifwerkzeug
und unabhängig von diesem das Handhabungsteil führen.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Schüttgutteil
durch Bewegen des Handhabungsteils relativ zu einer Ausrichteeinrichtung
des Greifwerkzeugs in die vorbestimmte Position gebracht wird. Das
Schüttgutteil kann nämlich so auf dem Weg zu einer
Endablage, beispielsweise auf dem Weg zu einem Setzkasten, in die
zum Ablegen in die Endablage geeignete Position gebracht werden.
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Zum
Bestimmen der Position zumindest eines Schüttgutteils kann
insbesondere ein Bilderkennensverfahren herangezogen werden. Zusätzlich oder
alternativ kann mittels einer mechanischen Ausrichtereinheit die
Position des Schüttgutteils bestimmt werden. Hierbei kann
mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise eines Wendelförderers,
das Schüttgutteil hin zu einer Ausgabestelle befördert werden,
an welcher das Schüttgutteil dann in einer vordefinierten
Ausrichtung vorliegt. Dort kann dann mittels des Handhabungsteils
das Schüttgutteil so aufgenommen werden, dass es anschließend
in die vorbestimmte Ablageposition verbracht werden kann. Bei dem
Wendelförderer ist durch eine wendelförmige Rinne
die Ausgabestelle bereitgestellt, an welcher mittels des Handhabungsteils
das in einer definierten Ausrichtung vorliegende Schüttgutteil
aufgenommen werden kann.
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Wird
die Position des Schüttgutteils mittels eines Bilderkennungsverfahrens
bestimmt, so eignet sich insbesondere ein Verfahren, bei welchem
ein Sensor, beispielsweise ein Laserscanner, das Schüttgut
als dreidimensionale Punktwolke mit einer Mehrzahl von erfassten
Bildpunkten erfasst. Hierbei kann mittels einer Auswerteeinheit
anhand des Bildes und unter Heranziehung einer aus erfassten Bildpunkten
gebildeten Basis zum Transformieren erfasster Bildpunkte eine Position
des Schüttgutteils ermittelt werden. Wenn hierbei aus einer
Menge möglicher Basen zum Transformieren erfasster Bildpunkte wenigstens
eine schüttgutteilspezifische Basis bestimmt wird, kann
das Bestimmen der Position des Schüttgutteils mit besonders
geringem Rechenaufwand und somit geringem Zeitaufwand erfolgen.
Dies liegt daran, dass die durch Bestimmen der schüttgutteilspezifische
Basis die Anzahl möglicher Basen reduziert wird, wodurch
die Komplexität der Berechnung drastisch verringert ist.
Das Ermitteln der Position des Schüttgutteils und das Bestimmen
einer geeigneten Greifposition kann mittels eines Verfahrens erfolgen,
welches sich des Geometric Hashing bedient.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vereinzeln von
Teilen aus Schüttgut umfasst eine Einrichtung zum Bestimmen
einer Position zumindest eines Schüttgutteils und ein Greifwerkzeug,
welches ein zum Aufnehmen des Schüttgutteils ausgelegtes Handhabungsteil
aufweist. Mittels des Greifwerkzeugs ist das an dem Handhabungsteil
gehaltene Schüttgutteil während des Haltens relativ
zu dem Handhabungsteil bewegbar und so in eine vorbestimmte Position
verbringbar.
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Die
für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen
Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch
für die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Vereinzeln von Teilen aus Schüttgut.
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Die
vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen
sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder
in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen
sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein
Bild von Schrauben in einem Behälter, welches von einem
Laserscanner erfasst wurde;
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2 einen
Magnetgreifer, welcher eine Schraube an deren Kopf ergreift;
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3 den
aus dem Behälter heraus bewegten Magnetgreifer mit der
an einem Magneten des Magnetgreifers gehaltenen Schraube;
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4 das
Ausrichten der Schraube in eine senkrechte Position mittels des
Magnetgreifers; und
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5 das
lageorientierte Ablegen der Schraube in einen Setzkasten mittels
des Magnetgreifers.
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1 zeigt
Schrauben 10 als Beispiel für Schüttgut 12,
welches in einem Behälter 14 für einen Fertigungsprozess
in der automatisierten Kraftfahrzeugfertigung bereitgestellt wird.
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Das
sich in dem Behälter 14 befindende Schüttgut 12 wurde
mittels eine Laserscanners abgescannt. Das so erstellte Bild umfasst
eine dreidimensionale Punktwolke, in welcher einzelne Bildpunkte den
jeweiligen Schrauben 10 zugeordnet sind. In einem Bilderkennungs-
und Bildauswertungsverfahren wird die Position und die räumliche
Orientierung der einzelnen Schrauben 10 bestimmt.
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Einem
mittels eines Roboters gesteuerten Magnetgreifer 16 (vgl. 2)
wird dann übermittelt, wie eine zu ergreifende Schraube 10 angefahren werden
muss, damit ein Magnet 18 des Magnetgreifers 16 diese
Schraube 10 gezielt an einem vorbestimmten Bereich, beispielsweise
dem in 2 gezeigten Kopf 20 der Schraube 10,
ergreifen kann. Dem Roboter werden hierzu die Koordinaten, etwa bezogen
auf den Behälter 14, eines Bezugspunkts der Schraube 10 und
die zu der Schraube 10 zugehörige Längsausrichtung
derselben übermittelt. Von den in dem Behälter 14 vorhandenen
Schrauben 10 wird diejenige robotergesteuert von dem Magnetgreifer 16 angefahren,
deren Ergreifen eine geringst mögliche Kollision des Magnetgreifers 16 und
der ergriffenen Schraube 10 mit anderen Schrauben 10 und
dem Behälter 14 mit sich bringt.
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Der
Magnetgreifer 16 kann mittels des Magneten 18 die
Schraube 10 in alternativen Ausführungsformen
auch an einem anderen vorbestimmten Bereich, insbesondere Endbereich,
als dem Kopf 20 greifen, etwa an einer Spitze 22 der
Schraube 10.
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Zum
Ergreifen der Schraube 10 wird der Magnet 18 mittels
einer Kolbenstange 24 aus einer Hülse 26 des
Magnetgreifers 16 ausgefahren (vgl. 2). In 2 sind
von einer Vorrichtung 28 zum Vereinzeln der Schrauben 10 aus
dem Schüttgut 12 die Einrichtung zum Bestimmen
der Position der Schraube 10, nämlich der Laserscanner
und die Bildverarbeitungseinrichtung, nicht dargestellt. Ebenso ist
der den Magnetgreifer 16 bewegende Roboter nicht gezeigt.
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3 zeigt
den aus den Behälter 14 mittels des Roboters herausbewegten
Magnetgreifer 16, an dessen Magneten 18 die Schraube 10 an
ihrem Kopf 20 gehalten ist. Die Schraube 10 befindet
sich hierbei noch nicht in einer Orientierung, in welcher sie nicht lagerichtig
in einen Setzkasten 30 (vgl. 5) abgelegt
werden kann.
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Hierfür
muss zunächst ein Ändern der Orientierung der
Orientierung der Schraube 10 erfolgen. Um dies zu erreichen,
wird die bislang in eine untere Endstellung ausgefahrene Kolbenstange 24 relativ zu
der Hülse 26 nach oben verfahren. Sobald die Schraube 10 in
die äußere Hülse 26 des Magnetgreifers 16 hineingezogen
wird, richtet sie sich der Ausrichtung der Hülse 26 folgend
aus (vgl. 4).
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Die
Hülse 26 eignet sich besonders gut als Ausrichtereinrichtung
für längliche, insbesondere zylindrische, Schüttgutteile
wie die vorliegend beispielhaft gezeigten Schrauben 10,
oder Stifte oder dergleichen. Für Schüttgutteile
mit einer anderen Geometrie kann der Magnetgreifer 16 oder
ein derartiges Greifwerkzeug mit einer auf diese Geometrie abgestimmten
Ausrichteeinrichtung versehen sein, um die gewünschte Orientierung
des Schüttgutteils zu bewirken.
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Innerhalb
der äußeren Hülse 26 des Magnetgreifers 16 ist
eine zweite, als Anschlaghülse 32 ausgebildete
Hülse vorhanden, deren Innendurchmesser so bemessen ist,
dass der Magnet 18 in der Anschlaghülse 32 Platz
findet. Der Roboter fährt nun die an dem Magneten 18 gehaltene
Schraube 10 hin zu dem Setzkasten 30 oder einer
derartigen Ablageeinrichtung, aus welcher die dann lagerichtig bereitgestellten
Schrauben 10 einer Weiterbearbeitung im Fertigungsprozess
zugeführt werden.
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Sobald
sich der Magnetgreifer 16 so über dem Setzkasten 30 befindet,
dass die Schraube 10 in ein in dem Setzkasten 30 bereitgestelltes
Durchgangsloch 34 abgelassen werden kann, wird die Kolbenstange 24 noch
weiter nach oben verfahren (vgl. 5). Dadurch
gelangt der Kopf 20 der Schraube 10 in Anlage
mit der Anschlaghülse 32. Durch weiteres Aufwärtsbewegen
der Kolbenstange 24 wird die Haltekraft des Magneten 18 überwunden,
und die Schraube 10 fällt in das Durchgangsloch 34 in
dem Setzkasten 30.
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Anstelle
des vorliegend beispielhaft gezeigten Magneten 18 kann
als Handhabungsteil des Greifwerkzeugs auch ein mechanisches Handhabungsteil,
etwa in Form einer Greifzange, vorgesehen sein. Bei Einsatz eines
Sauggreifers als Greifwerkzeug kann ein pneumatisches Handhabungsteil, nämlich
ein Saugkopf oder dergleichen, das Schüttgutteil mittels
Unterdruck halten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0002]