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I. Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft Umsetzstraßen und ein Verfahren zu ihrem Betreiben.
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II. Technischer Hintergrund
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Unter Umsetzstraßen werden Verpackungsmaschinen verstanden, bei denen Produkte von einem Roboterarm von einer Position auf eine andere umgesetzt werden. Je nach Anwendungszweck sind die Roboterarme unterschiedlich stark dimensioniert und besitzen die benötigte Anzahl an Freiheitsgraden. Zum Beispiel werden einzelne meist kleine und leichte Produkte auf einem Produktförderer herantransportiert, und mittels so genannter Picker, also gesteuerten Roboterarmen mit Greifer an ihrem freien Ende, mit einem auf einen Behälter-Förderer in die dort mittels Transportschlitten entlang transportierten z. B. Behälter und dort in meist genau definierte Aufnahmepositionen umgesetzt werden.
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Dabei besteht das Ziel darin, dass am Ende des Behälter-Förderers alle Behälter vollständig gefüllt sind und am Ende des Produktförderers der Produktförderer keine Produkte mehr trägt.
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Bisher wird diese Forderung am besten dann erfüllt, wenn sich Produktförderer und Behälter-Förderer im Gegenlauf parallel zueinander bewegen.
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Diese als Picker bezeichneten Roboter können im einfachsten Fall als Greif-Werkzeug einen kleinen Saugkopf tragen, mit dem kleine Einzelprodukte, z. B. Pralinen, aufgenommen, gegebenenfalls um ihre Hochachse (Z) gedreht und definiert an anderer Stelle (X- und/oder Y-Versatz) wieder abgesetzt werden können.
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Wenn es sich bei den Einzelprodukten jedoch um größere und schwerere Produkte handelt, beispielsweise gefüllte Bierflaschen oder gar Sixpacks von Bierflaschen, ist der Roboterarm wesentlich stärker dimensioniert und mit einem größeren und schwereren Werkzeug zur Aufnahme der Produkte, meist ausgestattet, welches die Produkte formschlüssig ergreift. Der Roboterarm ist hierfür unter Umständen nur in Y- und Z-Richtung beweglich.
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Die Transportschlitten, mit denen die Behälter entlang des Behälter-Förderers transportiert oder die umgesetzten und gegebenenfalls gruppierten Produkte auch ohne Behälter abtransportiert werden, besitzen in aller Regel abnehmbare Oberplatten, deren Größe und Gestaltung häufig ebenfalls an die aufzunehmenden Behälter oder Produkte angepasst ist.
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Wenn nun eine solche Umsetzstraße auf das Abpacken eines neuen Produktes umgestellt werden soll, müssen hierfür in aller Regel die Werkzeuge, also die Arbeitsköpfe der Roboter oder Picker, gewechselt werden gegen solche Werkzeuge, die an das neue Produkt angepasst sind.
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Häufig müssen auch die Oberplatten der Transportschlitten aus diesem Grund gewechselt werden.
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Der Wechsel der Werkzeuge an den Robotern oder Pickern erfolgt bisher manuell, indem von einem Bediener das alte Werkzeug vom Picker abgenommen und ein neues Werkzeug dort montiert wird.
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Das Ankoppeln und Abkoppeln der Werkzeuge am Picker kann automatisch oder manuell geschehen, jedoch erfolgt zumindest das Abnehmen und Weglegen des alten Werkzeuges und Heranbringen des Werkzeuges manuell, was angesichts eines Gewichts des Werkzeuges von 15 kg und mehr bei großen Robotern häufig auch arbeitsrechtliche Probleme aufwirft, da bei zu hohem Gewicht des Werkzeuges der Wechsel beispielsweise nicht mehr von Frauen durchgeführt werden darf.
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Des Weiteren bewirkt dieser manuelle Wechsel eine relative lange Umstellungszeit für die Umsetzstraße.
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Gleiches gilt für das Wechseln der Oberplatten der einzelnen Transportschlitten.
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In diesem Zusammenhang zeigt die
DE 100 64 217 A1 eine Verpackungs-straße, an der mehrere Roboter arbeiten, bei denen die Werkzeuge ausge-wechselt werden können.Weiterhin ist aus der
DE 10 2010 041389 A1 eine Verpackungsmaschine mitnur einem einzigen Roboter bekannt, bei dem die momentan nicht benötig-ten Werkzeuge des Roboters im Gleisbereich des Roboters innerhalb der Verpackungsmaschine gelagert werden, so dass sie der Roboter selbst an-kuppeln und abkoppeln und damit wechseln kann.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren und eine diesbezügliche Umsetzstraße zur Verfügung zu stellen, bei der das Umrüsten der Umsetzstraße auf ein neues Produkt schnell vor sich geht und insbesondere mannlos vor sich geht.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Umsetzstraße gelöst, die außer dem Produktband als Förderer für die Einzelprodukte und der Behältertransportvorrichtung und den Robotern zum Umsetzen im Umsetzbereich auch mindestens ein Werkzeugmagazin umfasst, in dem die Greif-Werkzeuge für die Roboter gelagert sind, sowie einen Wechselroboter zum Hin und Herbewegen von Werkzeugen zwischen dem Werkzeugmagazin und einem, den Transport der Werkzeuge zu den Robotern übernehmenden, Transportschlitten.
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Dabei kann der Wechselroboter einer der Roboter im Umsetzbereich sein, sofern sich das Werkzeugmagazin in dessen Greifbereich befindet oder in diesen Greifbereich hinein gebracht werden kann, oder ein separater abseits des Umsetzbereiches platzierter Roboter
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Da eine Umsetzstraße über eine Gesamtsteuerung verfügt, die z. B. primär von dem in Durchlaufrichtung der Behälter letzten Roboter gesteuert wird, empfiehlt es sich, bei Verwendung eines der Roboter aus dem Umsetzbereich als Wechselroboter den in Durchlaufrichtung der Behälter ersten oder letzten Roboter als Wechselroboter zu benutzen und damit auch das Werkzeugmagazin in dessen potentiellem Greifbereich anzuordnen oder in diesen potentiellen Greifbereich für den Werkzeugwechsel zu verbringen.
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Damit eine definierte Positionierung eines heranzufahrenden Werkzeugmagazins erfolgt, sind vorzugsweise formschlüssig wirkende Andockelemente an der Umsetzstraße vorhanden, an welche das Werkzeugmagazin positionsgenau und vorzugsweise selbstzentrierend andockt. Das Werkzeugmagazin kann fest und dauerhaft an der Umsetzstraße positioniert sein, oder nur für den Umrüstvorgang an die Umsetzstraße herangefahren werden.
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Mit einer so ergänzten Umsetzstraße lässt sich ein automatisches Umrüsten der Roboter von einem bisherigen Werkzeug auf ein neues Werkzeug, welches angepasst ist an neue zu handhabende Produkte auf der Umsetzstraße, mit folgendem Verfahren durchführen:
Um die Werkzeuge der einzelnen Roboter zu wechseln, müssen die Werkzeuge zwischen den in aller Regel ortsfest an der Umsetzstraße positionierten Robotern und dem Werkzeugmagazin auf der Behältertransportvorrichtung hin und hertransportiert werden.
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Zu diesem Zweck wird einer der Transportschlitten als Wechselschlitten benutzt. Damit er ungehindert entlang der Behältertransportvorrichtung hin und her verfahren kann, befindet er sich bevorzugt als einziger auf einer der beiden Führungsbahnen, bei übereinander liegenden Führungsbahnen auf der oberen Führungsbahn, während alle anderen Transportschlitten vorher auf die andere Führungsbahn verbracht und z. B. geparkt werden.
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Je näher das Werkzeugmagazin am Umsetzbereich positioniert ist, also an den mit neuen Werkzeugen zu bestückenden Roboter, umso kürzer sind die Verfahrwege des Wechselschlittens und umso schneller geht der Werkzeugwechsel vor sich.
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Im Idealfall wird einer der Roboter aus dem Umsetzbereich als Wechselroboter zum Umsetzen der Werkzeuge vom Werkzeugmagazin auf die Transportschlitten benutzt, beispielsweise indem sich das Werkzeugmagazin im potentiellen Greifbereich dieses Pickers befindet, beispielsweise auf der vom Produktband abgewandten Außenseite der Umsetzstraße.
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Falls die potentiellen Greifbereiche der Roboter im Umsetzbereich so groß sind, dass sie sich gegenseitig überlappen, ist sogar eine Weitergabe der zu wechselnden Werkzeuge von einem Roboter an den nächsten möglich, ohne die Werkzeuge auf einem als Wechselschlitten dienenden Transportschlitten abzulegen.
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Da die Roboter an ihrem vorderen freien Ende eine automatische Kopplungsvorrichtung mit Koppelelementen zum Ankoppeln und Abkoppeln von Werkzeugen aufweisen, und die Werkzeuge daran angepasste Koppelelemente aufweisen, werden die Werkzeuge mit diesen Koppelelementen frei zugänglich nach oben oder zur Seite weisend sowohl im Werkzeugmagazin als auch auf dem als Wechselschlitten dienenden Transportschlitten abgelegt, von wo sie mittels des jeweiligen Pickers direkt aufgenommen und automatisch angekoppelt werden können.
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Als raumsparendes Werkzeugmagazin wird beispielsweise ein Schubladenschrank vorgeschlagen, in dessen Schubladen ein oder mehrere Werkzeuge nebeneinander liegen und von denen die jeweilige Schublade insbesondere selbsttätig ausfahrbar ist, so dass dann im ausgefahrenen Zustand der Schublade die darin lagernden Werkzeuge zugänglich sind und aufgenommen werden können.
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Bei einem Produktwechsel einer Umsetzstraße kann neben dem Austausch von Werkzeugen an den Robotern auch der Austausch von Tragteilen an den einzelnen Transportschlitten notwendig sein.
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Bei dem Tragteil handelt es sich um ein meist plattenförmiges, oberstes Teil auf dem Transportschlitten, auf dem die Behälter oder abzutransportierenden Produkte unmittelbar angeordnet werden und die deshalb häufig an die aufzunehmenden Behälter oder Produkte in irgendeiner Form angepasst sind, sofern es sich nicht um neutrale, oben ebene Platten handelt, in deren Oberseite Sauger als Halteelemente für die aufzusetzenden Behälter angeordnet sind.
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Um auch die Tragteile aller Transportschlitten automatisch zu wechseln, werden die benötigten neuen Tragteile in einem Tragteilmagazin vorgehalten, welches auch identisch mit dem Werkzeugmagazin sein kann.
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Für den Wechsel der Tragteile fahren die einzelnen Transportschlitten nacheinander zu diesem Tragteilmagazin oder Werkzeugmagazin, und bekommen dort mittels des Wechselroboters – der wiederum ein Roboter aus dem Umsetzbereich sein kann – das alte Tragteil abgenommen und im Magazin abgelegt, und anschließend das neue Tragteil aus dem Magazin aufgelegt.
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Um die Stillstandszeit einer Umsetzstraße beim Umrüsten von einem Produkt auf ein anderes zu verringern, ist es auch möglich, noch während des Handhabens der letzten alten Produkte auf der Umsetzstraße bereits die ersten Roboter mit neuen Werkzeugen auszustatten, was dazu führt, dass dann für das Handhaben der alten Produkte natürlich nicht mehr alle und zunehmend weniger Roboter zur Verfügung stehen, was aber dennoch einen insgesamt zeitlichen Vorteil beim Umrüstvorgang ergeben kann.
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Ebenso können in dieser Zeit auch bereits die ersten Transportschlitten mit neuen Tragteilen ausgestattet werden, sofern dies für die Produktumstellung notwendig ist.
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Sofern für die einzelnen Roboter im Umsetzbereich der potentielle Greifbereich größer ist als der im normalen Umsetzbetrieb freigegebene Greifbereich, ist für die Umrüstung, insbesondere für den als Wechselroboter dienenden Roboter, die zeitlich begrenzte Freigabe des potentiellen Greifbereiches oder wenigstens eines Teils des potentiellen Greifbereiches zu bevorzugen, damit dieser als Wechselroboter dienen kann.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1: Einen Ausschnitt aus einer Umsetzstraße nach dem Stand der Technik, mit Pickern der Roboter,
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2a bis c: eine zur Verwendung in Umsetzstraßen neue Behältertransportvorrichtung,
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3a, b: eine Umsetzstraße unter Verwendung solcher Transportvorrichtungen für die Behälter und mit einer anderen Roboterbauform in zwei Varianten,
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4a, b: eine erfindungsgemäße Umsetzstraße mit einer ersten Bauform der Roboter,
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5a, b: eine erfindungsgemäße Umsetzstraße mit einer zweiten Roboterbauform in zwei Varianten
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6a bis d: ein Wechselwerkzeug 124 und
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7a, b: eine Werkzeugtragplatte.
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1 zeigt in der Aufsicht einen Ausschnitt aus einer Umsetzstraße, mittels der Einzelprodukte 26, die auf einem Produktband 106 unregelmäßig verteilt angeordnet angeliefert werden, mittels der Roboter in Form von leichten Pickern 104a, b, mit zwei Freiheitsgraden (X = 10, Y, Z und Drehung um Z), die in einem bestimmten Längsabschnitt des Produktbandes 106 angeordnet sind, dem sogenannten Umsetzbereich 30, einzeln oder in Gruppen ergriffen und in definierten Positionen in den Behältern 20 abgelegt werden, die auf einer Behältertransportvorrichtung 107, die parallel zum Produktband 106 daneben läuft, abgelegt werden.
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In diesem Fall ist beidseits des Produktbandes 106 je eine Behältertransportvorrichtung 107 vorhanden, und die Behältertransportvorrichtungen 107 bewegen sich in ihren Bewegungsrichtungen 121 mit den Behältern 20 im Gegenlauf, also in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des Produktbandes 106.
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Wie bekannt, hat dies den Vorteil, dass bei Behältern 20, die in ihrer Bewegungsrichtung den Umsetzbereich 30 fast durchlaufen haben und nur noch wenige freie Positionen zum Aufnehmen von Produkten aufweisen, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass das benötigte Produkt auf dem Produktband 106 an dieser Längsposition auch vorhanden ist, da an dieser Längsposition das Produktband noch weitestgehend mit Einzelprodukten 26 gefüllt ist.
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Dies gilt besonders, wenn auf dem Produktband 106 unterschiedliche Arten von Einzelprodukten 2b durcheinander angeliefert werden, in den Behältern 20 jedoch eine dezidierte Mischung dieser Produkte abgelegt in dezidierten Einzelpositionen gefordert wird.
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Die Picker 104a, b bestehen aus einem zweiteiligen Arm, nämlich Oberarm 113 und Unterarm 112, die gelenkig relativ zueinander um eine vertikale Achse verdrehbar sind, und wobei der Oberarm 113 ebenfalls um eine vertikale Achse an einer quer über die gesamte Umsetzstraße sich hinweg erstreckenden Brücke gelagert ist.
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Am freien Ende des Unterarmes 112 ist ein Greifwerkzeug, in der Regel ein Saugkopf, zum Aufnehmen der Einzelprodukte 26 angeordnet, der z. B. in der Höhe ausfahrbar ist.
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Alle Picker 104a bis c der Umsetzstraße sind über eine gemeinsame Steuerung 111 miteinander verbunden, wobei vor allem der in Durchlaufrichtung der Behälter letzte Picker 104a die Bewegung der Behältertransportvorrichtung 107 steuert, denn er gibt einen gefüllten Behälter 20 zum Verlassen des Umsetzbereiches 30 nur dann frei, wenn dieser auch vollständig gefüllt ist.
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Über die Steuerung 111 wissen die einzelnen Picker 104a, b auch, an welcher Position und zu welchem Zeitpunkt und in welcher Drehlage – sofern es sich nicht um in der Aufsicht rotationssymmetrische Produkte 26 handelt – ein Einzelprodukt 26 auf dem Produktband 106 zu finden ist, da dies am Einlauf des Produktbandes 106 in den Umsetzbereich 30 mittels einer Zeilenkamera 108 abgetastet wird und von der Steuerung 111 weitergerechnet wird, so dass jederzeit die Position jedes Einzelproduktes 26 bekannt ist trotz der in der Regel kontinuierlichen und gleich schnellen Bewegung des Produktbandes 106.
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Bei dieser bekannten Bauform besteht die Behältertransportvorrichtung 107 aus einer Fördereinrichtung wie etwa einem Transportband, welches sich an jedem Punkt seiner Länge gleichmäßig bewegt, in der Regel einem umlaufenden Förderband, so dass am Beginn des Umsetzbereiches 30 auf die Behältertransportvorrichtung 107 einmal aufgesetzte leere Behälter 20 von da ab alle gleich schnell und mit gleich bleibendem Abstand zueinander auf dieser Behältertransportvorrichtung 107 bewegt werden, also die einzelnen Behälter 20 im Umsetzbereich 30 nicht unabhängig voneinander entlang der Behältertransportvorrichtung 107 bewegbar sind.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine Behältertransportvorrichtung 107 gemäß der 2a bis 2c verwendet, auf der die Behälter 20 unabhängig voneinander verfahren werden können:
An einem Bahnkörper, der in diesem Fall aus in Transportrichtung 10 aneinander anschließenden Modulen 11, 12, 13 besteht, sind auf der Oberseite als auch auf der Unterseite je eine Führungsbahn 2a, 2b ausgebildet, auf denen die Transportschlitten 1a, b, c und d, verfahren, auf denen jeweils ein oder mehrere Behälter 20 – je nach Größe – aufgesetzt und transportiert werden.
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Im vorliegenden Fall werden die Behälter 20 auf dem Transportschlitten 1a, b... mittels Saugern 15 an der Oberseite der Schlitten 1a, b, c festgehalten.
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Das besondere besteht darin, dass zum einen die Schlitten 1a, b, c unabhängig voneinander angetrieben und gesteuert verfahren werden können und somit unabhängig von den anderen Schlitten auf der gleichen Führungsbahn 2a, b und erst recht denjenigen der anderen Führungsbahn 2b, a entlang der Führungsbahn bewegt werden können.
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Zu diesem Zweck verfügt in der Regel jeder Transportschlitten 1a, b über einen eigenen Motor 8.
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Die zweite Besonderheit besteht darin, wie die Transportschlitten 1a bis d von der oberen Führungsbahn 2a auf die untere Führungsbahn 2b gelangen, an der sie dann nach in diesem Beispiel unten hängend verfahren, wofür in aller Regel eine formschlüssige Führung an der Führungsbahn 2b erforderlich ist, um ein Herabfallen der Schlitten 1a... von der unteren Führung 2b zu vermeiden.
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Die Verbringung von einer Führungsbahn zur anderen erfolgt über ein speziell ausgebildete Modul des Bahnkörpers, hier das Anfangsmodul 11 und Endmodul 13 des Bahnkörpers, bei dem der Bahnkörper um seine Längsachse 10' gesteuert drehbar ist, wie in 2a am Endmodul 13 dargestellt.
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Ein Transportschlitten 1c, der auf diesem z. B. Endmodul 13 auf der oberen Führungsbahn 2a angekommen ist, wird angehalten und der Bahnkörper des Endmoduls 13 um 180° um die Längsachse 10' gedreht, so dass die Führungsbahn, auf der sich der Transportschlitten 1c befindet, nunmehr mit der unteren Führungsbahn 2b des angrenzenden – ein oder mehrfach vorhandenen – mittleren Moduls 12 und dessen Bahnkörper fluchtet, welches diese Drehbarkeit in aller Regel nicht aufweist.
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Die Drehung zumindest der Anfangs- und Endmodule 11, 13 wird mittels dort vorhandener Motore 8' bewirkt, die ebenfalls von der Steuerung 111 angesteuert werden. Da die Antriebe der einzelnen Transportschlitten 1a–d ebenfalls von der zentralen Steuerung 111 der Umsetzstraße einzeln und unabhängig voneinander gesteuert werden, können auf der oberen Führungsbahn die auf den Schlitten sitzenden Behälter 20 mit der gewünschten Geschwindigkeit und/oder an die gewünschte Stelle unabhängig voneinander verfahren werden, sogar in Gegenrichtung zueinander.
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Ebenso können die Schlitten 1a bis d, nachdem der vollständig gefüllte Behälter 20 von ihm abgenommen wurde, wie zuvor beschrieben auf die untere Führungsbahn 2b verbracht und dort zum Beginn der Umsetzstraße zurück verfahren werden.
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In den 2a–c sind die einzelnen Module 11–13 auf Ständern 21 montiert dargestellt, was jedoch bei Integration in eine gesamte Umsetzstraße nicht unbedingt der Fall sein muss, denn dort kann die Befestigung an einem Grundgestell der Umsetzstraße erfolgen.
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Die 3a und b zeigen – betrachtet in Transportrichtung 120 des Produktbandes 106 – eine Umsetzstraße, bei der die anhand der 2a–c beschriebene Behältertransportvorrichtung 107 auf beiden Seiten des Produktbandes 106 benutzt wird, wobei in diesem Fall als Einzelprodukte 26 Flaschen umgesetzt werden müssen.
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Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, dass als Umsetzer anstelle der leichten Picker schwerere Roboter 204a, b benutzt werden, die einen aus drei Armteilen zusammengesetzten Roboterarm besitzen, die jeweils um horizontale, in Transportrichtung so gerichtete, und in diesem Fall nur zwei Freiheitsgrade (Y, Z) Schwenkachsen zueinander als auch gegenüber dem tragenden Rahmen der Umsetzstraße verschwenkbar sind.
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Solche Roboterarme sind wesentlich stärker dimensioniert als die Picker der 1 und können größere Lasten tragen, in diesem Fall ein Werkzeug 109 zum Greifen mehrerer Produkte 26 in Form von Flaschen gleichzeitig.
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In 3a ist zu erkennen, dass jeder Roboter 204a, b eine der beidseitigen Behältertransportvorrichtungen 107 füllt und dementsprechend der Befestigungspunkt der Roboter 204a, b sich nicht über der Längsmitte des Produktbandes 106 befindet, sondern demgegenüber etwas nach außen versetzt. Natürlich ist auf jeder Seite der dargestellte Roboter 204a, b in Längsrichtung des Umsetzbereiches 30 mehrfach vorhanden.
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In 3b dagegen ist der Roboter 204a genau über der Längsmitte des Produktbandes 106 montiert, kann Produkte 26 an jeder Querposition des Produktbandes 106 aufnehmen und in Behältern 20 sowohl auf der linken als auch der rechten Behältertransportvorrichtung 107 einsetzen.
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Aus den bisher beschriebenen Figuren wurde klar, dass am freien Ende des Umsetzers, also Pickers 104a, b.. oder Roboters 204a, b.. ein Werkzeug sitzt oder sitzen muss, welches häufig an das aktuell umzusetzende Produkt 26 angepasst sein muss.
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Ebenso ist es manchmal notwendig, das Tragteil 24, also die Oberseite, der Transportschlitten 1a, b, an die darauf abzusetzenden Behälter 20 anzupassen, beispielsweise durch eine an die Behälter 20 angepasste, formschlüssige Formgebung oder Größe.
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Um einen notwendigen Wechsel zumindest der Werkzeuge der Umsetzer – eventuell auch der Tragteile der Transportschlitten 1a, b – automatisch durchzuführen, wird gemäß der 4a, b und 5a, b vorgegangen, wobei es nicht darauf ankommt, ob als Umsetzer Picker 104a, b benutzt werden, wie in den 4a, b, oder Roboter 204a, b, wie in den 5a, b, die im übrigen auch gemeinsam innerhalb der gleichen Umsetzstraße vorhanden sein können.
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Das Wesentliche besteht darin, dass die zu wechselnden Teile, also Greif-Werkzeuge 109, 110 und/oder Tragteile 24, in einem Magazin 122 abgelegt sind und von dort automatisch an die benötigte Stelle der Umsetzstraße an die Roboter gebracht und angekoppelt werden.
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Dabei ist das Vorgehen für Werkzeuge einerseits und Tragteile andererseits unterschiedlich, wie in den 4 und 5 in Prinzipdarstellungen erkennbar:
Da die Umsetzer, also Picker 104a, b oder Roboter 204a, b, im Umsetzbereich 30 an unterschiedlichen Längspositionen des Umsetzbereiches 30 ortsfest moniert sind, müssen die benötigten neuen Werkzeuge 110 zu den Umsetzern, also in deren jeweiligen Greifbereich, gebracht werden.
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Dies übernimmt einer, insbesondere nur einer, der Transportschlitten 1a, der zu diesem Zweck auf der Behältertransportvorrichtung 107 des Typs, wie in den 2a–c dargestellt, hin und her verfährt und die neuen Werkzeuge 110 zu den jeweiligen Umsetzern bringt und die alten Werkzeuge 109 von dort mitbringt.
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Vom Magazin 122 auf diesen Transportschlitten 1a gelangen die neuen Werkzeuge 110 sowie in der Gegenrichtung die alten Werkzeuge 109 mittels eines Wechselroboters 123.
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Bei den 4a und b dient der erste Picker 104a als Wechselroboter 123. Das Magazin 122 befindet sich im Greifbereich dieses Wechselroboters 123, vorzugsweise nahe am Produktband 106, aber auf der der hier einzigen Behältertransportvorrichtung 107 gegenüberliegende Seiten des Produktbandes 106. Das Magazin 122 kann dort fest positioniert sein oder für den Zweck des Werkzeugwechsels extra dorthin verfahren werden.
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Wie bereits in 1 eingezeichnet, verfügt jeder Umsetzer, also auch jeder Picker, z. B. 104b über einen potentiellen Greifbereich 101, also z. B. den gesamten physikalisch möglichen Greifbereich, der sowohl in Transportrichtung 120 als auch quer hierzu definiert angegeben werden kann. Davon wird im normalen Umsetzbetrieb in der Regel jedoch nur ein verringerter, für den Umsetzbetrieb von der Steuerung 111 frei gegebener Greifbereich 102 benutzt, der so gewählt ist, dass sich die freigegebenen Greifbereiche 102 der nebeneinander liegenden Umsetzer nicht gegenseitig überschneiden um Kollisionen im Umsetzbetrieb zu vermeiden.
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Für den Betrieb eines Umsetzers als Wechselroboter 123 kann für diesen jedoch auch ein größerer Greifbereich, z. B. der gesamte potentielle Greifbereich 101, freigegeben werden, was in Regel notwendig ist, damit der Arm des Wechselroboters 123 das Magazin 122 erreichen kann.
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In den Fällen der 4a, b und 5a, b ist das Magazin 122 als Schubladen-Schrank ausgebildet – was jedoch nicht zwingend notwendig ist – dessen Schubladen 122a, b, c einzeln und motorisch gesteuert ausgefahren und eingefahren werden können.
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Auf diesen Schubladen 122a, b, c befinden sich einzeln oder mehrfach nebeneinander zunächst die neuen Werkzeuge 110.
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Wie in 4a dargestellt, wird eine der Schubladen 122 ades Magazins 122, auf dem das neue Werkzeug 110 liegt, automatisch ausgefahren und der Wechselroboter 123 bewegt sich dorthin und koppelt automatisch an seinem vorderen freien Ende das neue Werkzeug 110 an, nachdem er insbesondere vorher sein eigenes altes Werkzeug 109 auf einem freien Platz, z. B. derselben Schublade 122a des Magazins 122 abgelegt hat.
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Wie besser in den 5a, b zu erkennen, besitzt das freie Ende des Umsetzers hierfür ein Koppelelement 125, welches zu dem Gegenelement 125' am Werkzeug 110 passt, und da das neue Werkzeug 110 auf der Schublade 122a des Magazins 122 ohnehin so abgestellt ist, dass das Gegenelement 125' nach oben ragt, kann das neue Werkzeug 110 problemlos vom Wechselroboter 123 angekoppelt werden und vom Magazin 122 auf den Transportschlitten 1a umgesetzt (4b) und abgekoppelt werden. Dieser Transportschlitten 1a verfahrt dann entlang der Behältertransportvorrichtung 107 an eine definierte Stelle im Greifbereich des Umsetzers, also in diesem Fall z. B. Pickers 104b, c, der mit diesem neuen Werkzeug 110 ausgestattet werden soll.
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Dieser Picker, z. B. 104c legt zunächst das an seinem Pickerarm befindliche alte Werkzeug 109 auf dem Transportschlitten 1a ab und koppelt es ab, und koppelt anschließend das neue Werkzeug 110 an und hebt es ab und ist damit umgerüstet.
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Der Transportschlitten 1a fährt dann mit diesem alten Werkzeug 109 zurück in den Greifbereich des Wechselroboters 123, der das alte Werkzeug 109 ankoppelt, im Magazin 122 ablegt, von dort das nächste neue Werkzeug 110 entnimmt und wiederum auf dem Transportschlitten 1a ablegt für die Umrüstung des nächsten Pickers, z. B. 104b.
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In Einzelfällen kann es notwendig sein, dass der Wechselroboter 123 und insbesondere ein als Wechselroboter 123 benutzter Umsetzer aus dem Umsetzbereich für den Wechsel von Werkzeugen und/oder von Tragteilen selbst erst mit einem speziellen Wechsel-Werkzeug 124 ausgestattet werden muss, wie es z. B. in den 6 dargestellt ist.
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In den 5a, b ist der Wechselvorgang in Blickrichtung der Transportrichtung 120 dargestellt:
Im Magazin 122 auf der obersten Schublade 122a sind alte bzw. neue Werkzeuge 109, 110 für die Umsetzer abgelegt, in den unteren Etagen dagegen Tragteile 24, die angepasst an bestimmte neue Produkte 26, z. B. formschlüssig ausgebildet sind und in der zweiten Etage von oben ein spezielles Werkzeug-Tragteil 125, wie es beispielsweise auf dem Transportschlitten 1a aufgesetzt werden kann, um die alten Werkzeuge 109 und/oder die neuen Werkzeuge 110 formschlüssig passgenau aufzunehmen und zu transportieren, was jedoch nicht bei allen Werkzeugwechseln erforderlich sein wird.
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Bei 5b ist als Umsetzer wiederum – wie in den 4a, b – der erste Roboter 204a des Umsetzbereiches 30 als Wechselroboter 123 eingesetzt, dessen Greifbereich quer zur Behältertransportrichtung 107 groß genug ist, um z. B. die Werkzeuge 109, 110 über das Produktband 106 hinweg zwischen Magazin 122 und gegenüberliegender Behältertransportvorrichtung 107 umzusetzen.
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Bei 5a sind die Roboter 204a, b jedoch jeweils von der Längsmitte des Produktbandes 106 nach außen versetzt montiert und bedienen jeweils nur eine Seite des Produktbandes 106 sowie die unmittelbar angrenzende Behältertransportvorrichtung 107, von der in 5a nur die rechte dargestellt ist, da die linke in Blickrichtung der Figur erst hinter dem Magazin 122 beginnt.
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Wenn sich in diesem Fall das Magazin 122 auf der gegenüberliegenden Seite von der Behältertransportvorrichtung 107 befindet, die den Transport zu den einzelnen Robotern übernimmt, so müssen zwei Roboter 204a, b als Wechselroboter 123a, b benutzt werden: Der Wechselroboter 123a auf Seiten des Magazins 122 entnimmt von dort neue Werkzeuge 110 und legt sie auf dem Produktband 106 ab, von wo sie von dem zweiten Wechselroboter 123b aufgenommen und auf dem Transportschlitten 1a abgelegt werden. Der Vorgang zum Ablegen der alten Werkzeuge 109 im Magazin 122 läuft umgekehrt ab.
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Falls sich die Wechselroboter 123a, b in Transportrichtung 120 nicht an der gleichen Längsposition befinden, kann dazwischen eine Bewegung des Produktbandes 106 in oder gegen Transportrichtung 120 mit dem darauf abgelegten Werkzeug 109 oder 110 notwendig sein.
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Falls außer dem Wechsel der Werkzeuge 109, 110 auch ein Wechsel der Tragteile 24 auf den Transportschlitten 1a, b, c notwendig ist, läuft dieser mit Hilfe des oder der Wechselroboter ebenso ab, wie anhand der 5a, b beschrieben, mit der einzigen Ausnahme, dass für den Transport in Transportrichtung 120 nicht ein spezieller Transportschlitten 1a benötigt wird, sondern der jeweils mit einem neuen Tragteil 24 aktuell auszustattende Transportschlitten 1b, 1c fährt selbst direkt an die Position, an der er vom Wechselroboter 123 das neue Tragteil 24 aufgesetzt erhält und das alte Tragteil 24 zuvor abgenommen erhält.
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Hierfür kann es notwendig sein, dass zuvor an dem Wechselroboter 123 ein spezielles Wechsel-Werkzeug 124 angekoppelt werden muss, welches natürlich ebenfalls bei Bedarf im Magazin 122 abgelegt ist und dessen Gestalt beispielsweise in 5a angedeutet ist, und welches häufig an die Gestalt des neuen und/oder alten Tragteiles 24 angepasst sein muss.
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Ebenso kann auch der Wechselroboter 123 – speziell wenn er ein außerhalb des Umsetzbereiches stehender, separater Wechselroboter 123 ist – für den Werkzeugwechsel ein spezielles Wechsel-Werkzeug 124 statt nur des normalen Koppelelementes 125 tragen, wie in 6 dargestellt:
Die 6a und 6b zeigen ein spezielles Wechselwerkzeug 124, welches sich am freien Ende des Armes des Wechselroboters 123 befindet und dem Aufnehmen, Spannen und Ablegen von Werkzeugen 109, 110 während des Umrüstvorganges im Magazin 122 oder auf dem Wechselschlitten 1a dient.
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Das Wechselwerkzeug 124 besteht aus einem etwa U-förmigen, unten offenen Rahmen 127, in dessen oberen Bereich sich unter anderem die Steuerplatine des Wechselwerkzeuges 124 befindet.
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Zwischen den frei nach unten weisenden Schenkeln des Rahmens 127 verläuft horizontal eine Spannplatte 126, die im Rahmen 127 aufwärts und abwärts verfahrbar ist mittels pneumatisch betätigter Spannplattenzylinder 129. In 6a ist das Wechselwerkzeug 124 in einer entspannten Position dargestellt, in 6b kurz bevor es die unterste Lage, die Spannlage, erreicht hat, in der es mit den auf der Unterseite der Spannplatte 126 angeordneten und nach unten vorstehenden Spreizzylindern 128 in entsprechende Öffnungen in der Oberseite eines Werkzeuges 109 oder 110 eintaucht, dieses zentriert und durch nach außen Fahren von Spreizelementen aus den Spreizzylindern 128 verriegelt.
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Zu diesem Zweck besitzt zur Grobpositionierung jedes Werkzeug 109, 110 einen auf der Oberseite nach oben vorspringenden Fortsatz, der genau zwischen die beiden nach unten weisenden Auflageflächen 130 des Rahmens 127 des Wechselwerkzeuges 124 passt.
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6c zeigt in Blickrichtung und Zustand gemäß 6b einen Vertikalschnitt in Längsrichtung durch das Wechselwerkzeug 124, und 6d einen Vertikalschnitt quer hierzu.
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Daraus ist erkennbar, dass die Spannplatte 126 mit Hilfe von – in der Aufsicht betrachtet – vier im Viereck angeordneten Spannplattenzylindern 129 auf- und abwärts verfahren werden kann zwecks Kontaktierung mit einem darunter befindlichen Werkzeug 109, 110.
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Die Spannplatte 126 ist dabei über Kugelgelenke 130 mit den freien Enden der Kolbenstangen der Spannplattenkolbenstangen 129 verbunden und damit kardanisch aufgehängt, so dass sie sich bei einer leichten Schräglage des darunter befindlichen Werkzeuges 109, 110 an diese Schräglage anpassen kann. Gleichzeitig dienen die Spannplattenzylinder 129 auch als Überlastsicherung, um das zu ergreifende Werkzeug und vor allem dessen nach oben gerichtete Kopplungselemente nicht zu beschädigen.
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Die Spreizzylinder 128 werden über nicht dargestellte separate, ebenfalls pneumatische Zylinder betätigt.
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In 7b ist ein solches großes und schweres Werkzeug 109 oder 110, welches zwei Greifeinheiten z. B. jeweils für eine Sechsergruppe von Bierflaschen darstellt, abgelegt in einer Werkzeugtragplatte 25, wie sie auf dem Transportschlitten 1a aufgesetzt wird, um den Werkzeugwechsel zu vollziehen.
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Hierfür umfasst die Werkzeugtragplatte 25 eine Basisplatte, die auf der Unterseite gestaltet ist wie das Tragteil 24 der Transportschlitten 1a, b und anstelle eines normalen Tragteiles 24 auf dem als Wechselschlitten eingesetzten Transportschlitten 1a aufgesetzt und fixiert werden kann. Von dieser Basisplatte aus reichen am vorderen und hinteren Ende jeweils Schenkel 16 vertikal nach oben, die eine schrägstehende Innenfläche besitzen.
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Dadurch nehmen Auflageelemente 18, 19, die an den Innenseiten dieser Schenkel 16 auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, einen unterschiedlichen Abstand zueinander ein, der für unterschiedlich lange ausgebildete, aufzulegende Gegenstände benutzt werden kann:
Das Werkzeug 109, 110 ist so gestaltet, dass es an den oberen, weiter beabstandeten Auflageelementen 19 aufgelegt werden kann, die wie die unteren Auflageelemente 18 formschlüssig wirkend und selbstzentrierend ausgebildet sind.
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Dagegen sind in der Werkzeugtragplatte 25 auf dem niedriger positionierten Auflageelementen 18 insgesamt vier Werkzeuge 110' für die kleineren und leichteren Robotern in Form von Pickerarmen abgelegt und zwar mittels eines Werkzeugträgers 17, der sich von dem einen zum anderen Auflageelement 18 erstreckt und diese kontaktiert, und in dem nebeneinander in definierten Aufnahmepositionen die Werkzeuge 110' gehalten sind.
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An der Position der einzelnen Picker 104a, b, c nimmt sich jeder Picker 104a eines dieser Werkzeuge 110' aus dem Werkzeugträger 17. Zu diesem Zweck ragen die Werkzeuge 110' nach oben über den Werkzeugträger 17 hin hinaus und können z. B. seitlich entnommen werden.
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Dabei können die Werkzeuge 110', sofern sie klein genug sind, auch in zwei solchen mehrfach in Blickrichtung der 7a hintereinander liegenden Reihen beidseits der Werkzeugtragplatte 25 angeordnet sein, während die beiden Greifeinheiten des Werkzeuges 109, 110 in 7b in Blickrichtung dieser Figur in der Regel ohnehin breiter sind als die Breite der Werkzeugtragplatte 25.
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Die gleichen Auflageelemente 18, 19 in gleicher Anordnung finden sich natürlich auch in dem Magazin 122, insbesondere auf den Schubladen 112a, b eines als Schubladenschrank ausgebildeten Werkzeugmagazins 122, um die Werkzeuge auch darauf ablegen zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1a, b
- Transportschlitten
- 1a
- Wechselschlitten
- 2a, b
- Führungsbahn
- 3
- Anfang
- 4
- Ende
- 5a, b
- Positionierelemente
- 6
- Zahnstange
- 7a, b
- Antriebsritzel
- 8
- Motor
- 8'
- Motor
- 10
- Längsrichtung, Verlaufsrichtung, Transportrichtung
- 10'
- Längsachse
- 11
- Bahnkörper; Anfangsmodul
- 12
- Bahnkörper; mittleres Modul
- 13
- Bahnkörper; Endmodul
- 14
- Führungsteil
- 15
- Sauger
- 16
- Schenkel
- 17
- Werkzeugträger
- 18
- Auflageelement
- 19
- Auflageelement
- 20
- Behälter
- 21
- Ständer
- 24, 24'
- Tragteil
- 25
- Werkzeug-Tragplatte
- 26
- Einzelprodukt
- 30
- Umsetzbereich
- 101
- potentieller Greifbereich
- 102
- freigegebener Greifbereich
- 103
- Saugkopf, Greifer
- 104a, b
- Picker
- 105
- Pickerarm
- 106
- Produktband
- 107
- Behälter-Transportvorrichtung, Abtransportrichtung
- 108
- Zeilenkamera
- 109, 109'
- Werkzeug
- 110, 110'
- Werkzeug
- 111
- Steuerung
- 112
- Unterarm
- 113
- Oberarm
- 114
- Unterarm-Parallelogramm
- 115
- Schultergelenk
- 120
- Transportrichtung Produktband
- 121
- Transportrichtung Behälterband
- 122
- Werkzeugmagazin
- 122a, b
- Schublade
- 123
- Wechselroboter
- 124
- Wechsel-Werkzeug
- 125
- Koppelelement
- 125'
- Gegenelement
- 126
- Spannplatte
- 127
- Rahmen
- 128
- Spreizzylinder
- 129
- Spannplattenzylinder
- 130
- Auflagefläche
- 131
- Kugelelement
- 204a, b
- Roboter
