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Stand der Technik
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Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 285380 („PRACE - The Productive Robot Apprentice“) im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Gemeinschaft RP7/2007-2013 gefördert.
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Zum Ausgleich von Positionsungenauigkeiten beim Fügen zweier Fügepartner sind Ausgleichseinheiten bekannt. Diese werden zwischen einer Positioniervorrichtung, die zur Positionierung des ersten Fügepartners relativ zu dem zweiten Fügepartner dient, und dem ersten Fügepartner angebracht und gleichen einen Versatz zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner aus.
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Soll beispielsweise mittels eines Roboterarmes ein Stift mit einer konisch zulaufenden Spitze als erster Fügepartner in eine Bohrung in einem zweiten Fügepartner senkrecht zu dessen Oberfläche eingebracht werden, kann eine zwischen dem Roboterarm und dem Stift angebrachte Ausgleichseinheit dazu eingesetzt werden, dass der Stift auch bei nicht exakt mittiger Ausrichtung zu der Bohrung in diese eingleiten kann. Bei Kontakt des konisch zulaufenden Bereiches des Stiftes mit dem Rand der Bohrung während des Fügeprozesses gibt die Ausgleichseinheit nach und der Stift wird soweit in Richtung des Zentrums der Bohrung abgelenkt, dass er in die Bohrung eingeführt werden kann. Somit dient die Ausgleichseinheit auch zur Reduktion von Fügekräften senkrecht zu der Fügerichtung zwischen den beiden Fügepartnern.
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Eine Möglichkeit, den Ausgleich zu realisieren, stellen mechanische Führungen in Richtung der Achse, entlang derer der Ausgleich erfolgen soll, dar. Diese Art des Ausgleichs nutzt beispielsweise die Ausgleichseinheit AGE-XY-050 der Firma Schunk (http://www.schunk.com/schunk_files/attachments/AGE-XY_050_DE.pdf). Hierbei basiert der Ausgleich auf Gleitführungen.
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Eine weitere Art der mechanischen Führung nutzen die Achsausgleiche der Serie XYR der Firma Sommer-automatic (http://www.sommer-automatic.com/ueberuns/news/mitteilungen-detail/news/neue-achsausgleiche-fuer-roboter-2830.html). Hierbei erfolgt der Ausgleich über Linearführungen in Form von Profilschienenführungen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2005 022 036 A1 offenbart einen Montagekopf, insbesondere zur Montage von Glasscheiben.
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In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 038 275 A1 ist eine Montagevorrichtung zum Einsetzen eines von einem Roboter gehaltenen einzusetzenden Werkstücks in ein auszurüstendes Werkstück mittels Kraftsteuerung beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass der Ausgleich der Positionsungenauigkeiten des ersten Fügepartners relativ zu dem zweiten Fügepartner mit einer konstanten Rückstellkraft erfolgt. Bei mechanisch geführten Systemen muss für den Ausgleich zunächst die Haftreibung in der Führung überwunden werden, so dass sich bei Auslenkungskräften, die geringer sind als die Reibungskraft in der Führung, keine Auslenkung einstellt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen wirkt lediglich die konstante Rückstellkraft des mindestens einen Rückstellelements einer Auslenkung entgegen; es ist kein Anschubwiderstand zu überwinden. Dies ist insbesondere bei filigranen Bauteilen als zu bewegendem ersten Fügepartner von Vorteil. Denn diese können durch die Kräfte, die bei einem mechanisch geführten Ausgleichselement aufgrund der in der Führung auftretenden Reibung senkrecht zu der Fügerichtung entstehen, beschädigt werden. Dieser Vorteil tritt bei besonders schnellen Fügeverfahren noch verstärkt hervor, da es hier bei Ausgleichseinheiten mit mechanischer Führung besonders leicht zu Beschädigungen der Fügepartner kommen kann.
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Dazu ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgestaltet, dass diese zum Ausgleich von Positionsungenauigkeiten zwischen zwei Fügepartnern entlang einer Achse an einer Positioniervorrichtung angebracht ist, die zur Positionierung des ersten Fügepartners relativ zu dem zweiten Fügepartner 17 dient, wobei die Vorrichtung ein Flanschelement, ein Aufnahmeelement und mindestens ein Rückstellelement aufweist, wobei das Flanschelement erste Befestigungsmittel zur Befestigung des Flanschelementes an der Positioniervorrichtung aufweist und das Aufnahmeelement zweite Befestigungsmittel zur Befestigung des ersten Fügepartners an dem Aufnahmeelement 3 aufweist, und wobei das Aufnahmeelement mittels des mindestens einen Rückstellelements federnd und entlang der Achse auslenkbar an dem Flanschelement gelagert ist.
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Weiters weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, dass diese bei einer entsprechenden Wahl der Materialien zu ihrer Herstellung mit besonders geringem Gewicht realisiert werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass außer einem Flanschelement und einem Aufnahmeelement, die zur Kupplung der Vorrichtung mit einer Positioniervorrichtung beziehungsweise einem ersten Fügepartner dienen, als weitere Komponente zum Aufbau der Vorrichtung lediglich das mindestens eine Rückstellelement benötigt wird. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zu nennen, dass diese aufgrund ihres einfachen Aufbaus besonders kostengünstig zu fertigen ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn entlang der Achse, entlang derer der Ausgleich der Positionsungenauigkeiten zwischen den zwei Fügepartnern erfolgt, auf beiden Seiten des Aufnahmeelements jeweils mindestens ein Rückstellelement vorgesehen ist. In dieser vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Aufnahmeelement demnach nicht nur punktuell auf einer Seite mittels des Rückstellelementes an dem Flanschelement befestigt, sondern an zwei Seiten. Hierdurch ergibt sich eine besonders stabile Lagerung des Aufnahmeelementes. Insbesondere kann so eine Bewegung des Aufnahmeelements in eine Richtung, die nicht der Richtung der Achse entspricht, reduziert werden. Besonders bevorzugt sind dabei Ausführungsformen, bei denen das Aufnahmeelement derart ausbalanciert und zentriert zwischen mindestens zwei Rückstellelementen angeordnet ist, die eine Auslenkung entlang der Achse ermöglichen, dass durch die Schwerkraft keine Torsionskraft auf das Aufnahmeelement hervorgerufen wird. Denn diese Ausführungsformen weisen eine besonders große Stabilität auf und ein Verkippen des Aufnahmeelementes wird vermieden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Flanschelement in mindestens einer die Achse enthaltenden Ebene umfangsgeschlossen um das Aufnahmeelement angeordnet ist. Darunter ist zu verstehen, dass das Flanschelement eine Öffnung aufweist, in der das Aufnahmeelement angeordnet ist, und dass das Aufnahmeelement in dieser Ebene komplett von dem Flanschelement umgeben ist. Als Beispiel sei hier genannt, dass das Flanschelement als Platte ausgebildet ist, in der sich eine Aussparung befindet, die jedoch in Plattenebene nicht die Plattenränder erreicht, in der das Aufnahmeelement angeordnet ist, wobei die Achse in der Plattenebene enthalten ist. Auch hierdurch werden die Stabilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung und somit die maximal zu bewegende Masse erhöht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei dem mindestens einen Rückstellelement um eine Blattfeder. Blattfedern sind besonders gut dazu geeignet, eine Nachgiebigkeit in einer Dimension bei großer Steifigkeit in anderen Richtungen zu erzeugen. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Ausgleich gezielt lediglich entlang der Achse erfolgt und nicht unkontrolliert Bewegungsanteile in weitere Richtungen aufweist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, entweder die innere Platte und die Rückstellelemente einstückig zu fertigen oder die Flanschplatte und die Rückstellelemente einstückig zu fertigen oder die innere Platte, die Rückstellelemente und die Flanschplatte einstückig zu fertigen. Dies kann beispielsweise mittels 3D-Druckverfahren erfolgen und bietet eine besonders schnelle und kostengünstige Möglichkeit der Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Mittel zum Erkennen der Auslenkung des Aufnahmeelementes umfasst.
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Hierdurch wird eine Regelung des Fügeverfahrens ermöglicht, was insbesondere bei Fügevorgängen von Vorteil ist, bei denen eine ähnliche Positionierung mehrfach durchgeführt werden muss, beispielsweise beim Einsetzen von gleichartigen Objekten in Öffnungen in einem zweiten Fügepartner, die in einem vorgegebenen Muster angeordnet sind. Auf eine detektierte Auslenkung beim Fügen des ersten Objektes kann mit einer Anpassung der von der Positioniervorrichtung angesteuerten Position für die weiteren Objekte reagiert werden und somit das Fügeverfahren beschleunigt ablaufen.
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Ein weiterer Vorteil bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Mitteln zum Erkennen der Auslenkung des Aufnahmeelements liegt darin, dass hierdurch ein Nachführen des ersten Fügepartners mittels der Positioniervorrichtung ermöglicht wird. Hierdurch wird insbesondere eine Begrenzung des maximal möglichen Ausgleichs aufgehoben, die bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Mittel zur Erkennung der Auslenkung durch die maximale Auslenkung des mindestens einen Rückstellelementes gegeben ist.
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Durch eine Kombination zweier erfindungsgemäßer Vorrichtungen, die aus einer Verbindung der Aufnahmeelemente der beiden Vorrichtungen und einer nicht parallelen Ausrichtung der Achsen der beiden Vorrichtungen besteht, das heißt, die Achsen sind in einem Winkel ungleich 0 ° ausgerichtet, insbesondere senkrecht, also in einem Winkel von 90 °, lässt sich vorteilhaft auf einfache Art ein Ausgleichselement für zwei Raumdimensionen konstruieren.
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Eine Positioniervorrichtung und eine Produktionsanlage mit mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen ebenfalls die oben genannten Vorzüge.
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Ausführungsbeispiel
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
- Figur la eine Ansicht eines Querschnitts durch eine Positioniervorrichtung bei einem Fügevorgang mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im unausgelenkten Zustand,
- 1b die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Figur la in ausgelenktem Zustand,
- 2 eine Aufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung,
- 3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 2,
- 4 eine Aufsicht auf eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung,
- 5 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 4,
- 6 eine Aufsicht auf eine kombinierte Vorrichtung aus den Vorrichtungen aus 2 und 4,
- 7 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen kombinierten Vorrichtung aus 6.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft in einer Fügevorrichtung, beispielsweise in einer Produktionsanlage, verwendet werden, um bei mittels der Fügevorrichtung beziehungsweise in der Produktionsanlage durchgeführten Fügeverfahren Positionsungenauigkeiten zwischen zwei Fügepartnern entlang einer Achse auszugleichen. Der Ausgleich geschieht dabei passiv. Hierunter ist zu verstehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nachgibt, sobald eine Kraft auf den ersten, zu bewegenden Fügepartner wirkt, die nicht entlang der Fügerichtung gerichtet ist. Bevorzugt wird die Vorrichtung in Fügeverfahren eingesetzt, bei denen der erste Fügepartner oder ein Abschnitt des ersten Fügepartners in einer Öffnung in dem zweiten Fügepartner positioniert wird. Es ist jedoch auch ein Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in weiteren Fügeverfahren denkbar, beispielsweise wenn eine Öffnung im ersten Fügepartner über einem Vorsprung an dem zweiten Fügepartner positioniert werden soll. Im Folgenden soll jedoch exemplarisch lediglich auf die erst genannten Fälle eingegangen werden, bei denen der erste Fügepartner relativ zu einer Öffnung in dem zweiten Fügepartner positioniert wird, wie es beispielsweise beim Palettieren von Objekten der Fall ist.
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Ebenfalls soll im Folgenden ohne Beschränkung der Erfindung lediglich auf Konstellationen eingegangen werden, bei denen die Fügerichtung senkrecht zur Erdoberfläche verläuft, also beispielsweise ein zylinderförmiger erster Fügepartner 13 in eine zylinderförmige, senkrecht zur Erdoberfläche verlaufende Bohrung in einem zweiten Fügepartner 17 eingebracht werden soll. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in Fig. la beziehungsweise 1b dargestellt. In diesen Fällen verläuft die Achse 9, entlang derer die Positionsungenauigkeiten zwischen den zwei Fügepartnern 13, 17 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausgeglichen werden, parallel zur Erdoberfläche und die Schwerkraft weist somit keine Komponente entlang der Achse 9 auf. Somit befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einem unausgelenkten Zustand, wenn keine Kräfte auf den ersten Fügepartner 13 wirken, die nicht parallel zur Fügerichtung 18 wirken. Allgemein eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 jedoch auch für einen Einsatz in Fügeverfahren, bei denen die Fügerichtung 18 nicht senkrecht zur Erdoberfläche verläuft.
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Durch Einbringen von Mitteln 15 zum Erkennen der Auslenkung in die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eröffnet sich die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 über den rein passiven Ausgleich auch für einen aktiven Ausgleich einzusetzen. Darunter ist zu verstehen, dass eine Rückkopplung zwischen einer Positioniervorrichtung 6, an der die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 angebracht ist, und der detektierten Auslenkung vorliegt. Weiters eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bei entsprechender Montage einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 an einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auch dazu, für einen Ausgleich des ersten Fügepartners 13 in zwei Raumdimensionen 9, 12 zu sorgen. Für den Fall des möglichen aktiven Ausgleichs soll im Folgenden zunächst ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gegeben werden. Anschließend folgt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße kombinierte Vorrichtung 200, mit der ein Ausgleich in zwei Raumdimensionen 9, 12 möglich ist und die ebenfalls für einen aktiven Ausgleich einsetzbar ist. In dem Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße kombinierte Vorrichtung 200 findet dabei das Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 als eine der beiden zu kombinierenden erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1, 100 Verwendung.
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Zur Erleichterung der Orientierung sind in 1, 2, 4 und 6 Koordinatensysteme eingezeichnet. Dabei ist in 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 so ausgerichtet, dass die Achse 9, entlang derer der Ausgleich möglich sein soll, in x-Richtung verläuft. Die in 4 dargestellte zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 100 ist bezüglich des Koordinatensystems derart ausgerichtet, dass die zu der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 gehörende Achse 12 in y-Richtung verläuft. Durch den Versatz der beiden Achsen 9, 12 der beiden erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1, 100 um 90 ° wird ersichtlich, dass in dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße kombinierte Vorrichtung 200 ein Ausgleich in zueinander orthogonalen Richtungen 9, 12 möglich ist, nämlich in x- und in y-Richtung. Dementsprechend ist auch die in 6 abgebildete kombinierte Vorrichtung 200 bezüglich des eingezeichneten Koordinatensystems ausgerichtet. Die Fügerichtung 18 soll dabei jeweils entlang der z-Achse verlaufen.
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In 2 ist eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt. Diese weist ein Flanschelement 2, ein Aufnahmeelement 3 und Rückstellelemente 4 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Flanschelement 2 als kreisförmige Platte mit einem Durchmesser von 70 mm und einer Dicke von 8 mm ausgestaltet und weist Gewindebohrungen 5 zum Anbringen an einer Positioniervorrichtung 6 auf. Unter dem Anbringen an der Positioniervorrichtung 6 ist dabei nicht nur ein unmittelbares Anbringen an der Positioniervorrichtung 6 zu verstehen, sondern auch eine Befestigung beispielsweise mithilfe einer zwischengelagerten Adapterplatte 7. Es sind weitere Ausführungsbeispiele mit anderen Grundformen des Flanschelementes 2 wie beispielsweise rechteckige, quadratische oder ovale Platten und mit anderen Dimensionen möglich. Auch für die Mittel zur Befestigung des Flanschelementes 2 an der Positioniervorrichtung 6 sind weitere Arten wie beispielsweise Haken oder Magneten vorstellbar.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das Flanschelement 2 aus Aluminium gefertigt, da hierdurch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit besonders geringem Gewicht bei guter Stabilität realisiert werden kann. Als weitere Materialien für die Herstellung des Flanschelementes 2 kommen je nach Anforderungen in dem Fügeverfahren, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eingesetzt werden soll, beispielsweise weitere Metalle oder Legierungen wie zum Beispiel Stähle oder auch Kunststoffe infrage.
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In einer Aussparung 8 in dem Flanschelement 2 sind die Rückstellelemente 4 und das Aufnahmeelement 3 angeordnet. Das Aufnahmeelement 3 ist rechteckig ausgestaltet, wobei sich in Richtung der Achse 9, entlang derer ein Ausgleich möglich sein soll, also in x-Richtung, an beiden Seiten des Rechteckes Überstände 10 befinden. Diese dienen zur Befestigung der Rückstellelemente 4. Mittig in dem Rechteck des Aufnahmeelementes 3 befinden sich Gewindebohrungen 11, an denen in diesem Ausführungsbeispiel, wie weiter unten aufgeführt, die zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 100 angebracht wird, um den Ausgleich auch in der zweiten Raumdimension 12 zu ermöglichen. Allgemein sind hier, wie auch bei dem Flanschelement 2 aufgeführt, alternative Befestigungsmittel möglich. In Ausführungsformen, in denen der Ausgleich lediglich in einer Raumdimension 9 erfolgen soll, wird der erste, zu bewegende Fügepartner 13 mithilfe der Befestigungsmittel entweder direkt oder über einen Adapter 14 an dem Aufnahmeelement 3 angebracht. Bei diesem Adapter 14 handelt es sich bevorzugt um einen Greifer 14, der beispielsweise durch Öffnen und Schließen den ersten Fügepartner 13 aufnimmt.
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Das Aufnahmeelement 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit den kurzen Rechteckseiten, die eine Länge von 16 mm aufweisen, berührungslos, aber mit einem Abstand von 0,5 mm eng beabstandet in der Aussparung 8 in dem Flanschelement 2 angeordnet. Durch die enge Beabstandung stellt das Flanschelement 2 in y-Richtung einen Anschlag für eine Auslenkung des Aufnahmeelements 3 dar. Hierdurch wird eine Überlastung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vermieden, falls eine derart starke Kraft in y-Richtung auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wirkt, dass die Steifigkeit der Rückstellelemente 4, bei denen es sich in diesem Ausführungsbeispiel wie weiter unten beschrieben um Blattfedern 4 handelt, in y-Richtung überwunden wird.
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Generell weist das Aufnahmeelement 3 auch in anderen Ausführungsformen keine feste Verbindung zu dem Flanschelement 2 auf, die über die Verbindung durch die Rückstellelemente 4 hinausgeht. Unter einer festen Verbindung ist dabei eine Verbindung zu verstehen, die eine Bewegung des Aufnahmeelementes 3 relativ zu dem Flanschelementes 2 entlang der Achse 9, in diesem Ausführungsbeispiel also in x-Richtung, unterbindet.
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Für die Form des Aufnahmeelementes 3 sind ebenfalls weitere Ausführungsformen wie beispielsweise ein Quadrat möglich. Auch sind Ausführungsformen ohne die in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen Überstände 10 zu beiden Seiten entlang der x-Ache vorstellbar.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmeelement 3 aus Aluminium gefertigt. Als weitere Materialien kommen dieselben Materialien infrage, die weiter oben zur Herstellung des Flanschelementes 2 beschrieben wurden.
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Die Überstände 10 an dem Aufnahmeelement 3 dienen in diesem Ausführungsbeispiel zur Befestigung und Führung der Rückstellelemente 4. In die Überstände 10 sind in 2 in der Papierebene verlaufende Schlitze eingebracht, die in y-Richtung die Überstände 10 vollständig durchlaufen. In diese Schlitze werden die Rückstellelemente 4 eingebracht, wobei die Schlitze derart schmal ausgestaltet sind, dass durch sie die Rückstellelemente 4 in dem Aufnahmeelement 3 festgeklemmt werden. Die Schlitze dienen also zur Befestigung der Rückstellelemente 4 an dem Aufnahmeelement 3.
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Bei den Rückstellelementen 4 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um vier Blattfedern 4 aus Federstahl. Generell sind auch andere Arten von Rückstellelementen 4 zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 einsetzbar, wie beispielsweise andere Federn, zum Beispiel Schraubenfedern. Auch sind weitere Materialien zur Herstellung der Rückstellelemente 4 wie beispielsweise Kupfer-Beryllium-Legierungen oder Kunststoffe möglich.
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Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Blattfedern 4 sind in Form von Rechteckprofilen ausgestaltet, deren lange Seite parallel zur y-Achse ausgerichtet ist. In x-Richtung weisen sie eine wesentlich geringere Stärke als in y- und z-Richtung von lediglich 0,5 mm auf. Hierdurch wird eine Nachgiebigkeit in x-Richtung bei gleichzeitiger Steifigkeit in y- und z-Richtung realisiert. Die hier verwendeten Blattfedern 4 weisen für eine Auslenkung entlang der x-Achse eine Federkonstante von 1 N/mm auf.
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Die Aussparung 8 in dem Flanschelement ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass in x-Richtung im unausgelenkten Zustand ein Abstand zwischen dem Flanschelement 2 und dem Aufnahmeelement 3 von 3 mm herrscht. Dies ist demnach die größtmögliche Auslenkung des Aufnahmeelementes 3 relativ zu dem Flanschelement 2 in x-Richtung; das Flanschelement 2 bildet einen Anschlag für die Auslenkung des Aufnahmeelementes 3. Hierdurch wird eine Beschädigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durch eine zu große Auslenkung verhindert.
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Die Blattfedern 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel mit den Enden ihrer langen Seiten jeweils auf der dem Aufnahmeelement 3 in y-Richtung abgewandten Seite mit dem Flanschelement 2 verbunden. Zur Realisierung der Verbindung befinden sich in dem Flanschelement 2 Öffnungen, die der Form der Enden der Blattfedern 4 entsprechen. In diese Öffnungen werden die Enden der Blattfedern 4eingesteckt, wobei die Öffnungen derart eng toleriert in Bezug auf die Enden der Blattfedern 4 gefertigt sind, dass die Enden der Blattfedern in den Öffnungen eingeklemmt werden. Somit dienen die Öffnungen als Befestigungselemente für die Blattfedern 4.
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Insgesamt liegt also keine unmittelbare Verbindung zwischen dem Flanschelement 2 und dem Aufnahmeelement 3 vor. Diese sind lediglich mittelbar über die Blattfedern 4 verbunden. Die Blattfedern 4 dienen also gleichzeitig als Rückstellelement 4 und als Befestigungselement des Aufnahmeelementes 3 an dem Flanschelement 2. Abgesehen von der Federung durch die Blattfedern 4 kann sich das Aufnahmeelement 3 in x-Richtung bis zur weiter oben beschriebenen maximalen Auslenkung ungehindert relativ zu dem Flanschelement 2 bewegen. In 3 ist eine perspektivische Ansicht der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 abgebildet.
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Erste Fügepartner 13, deren Positionsungenauigkeiten beim Fügen mithilfe der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 relativ zu einem zweiten Fügepartner 17 ausgeglichen werden, weisen typischerweise Massen von 300 - 400 g auf. Typische Kräfte die in Richtung der x-Achse auf den ersten Fügepartner 13 wirken, sind dabei in der Größenordnung von 2 N. Je nachdem, wie die Anforderungen in dem Fügeverfahren an die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 sind, kann diese jedoch auch so konstruiert werden, dass diese für gänzlich andere Massen, Kräfte und Auslenkungen geeignet ist.
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Auch ist denkbar, im Gegensatz zu diesem Ausführungsbeispiel, die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 oder lediglich Abschnitte wie Flanschelement 2 und Rückstellelement 4 oder wie Rückstellelement 4 und Aufnahmeelement 3 einstückig zu fertigen. Eine mögliche Fertigungsart stellt dabei das 3D-Drucken oder rapid prototyping dar. Als Material für die Herstellung kommen hierbei beispielsweise Polymere infrage.
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Als Mittel 15 zur Erkennung der Auslenkung ist in diesem Ausführungsbeispiel ein kommerziell erhältlicher Sensor 15 vom Typ MLX90333 der Firma Melexis samt zugehöriger Platine in das Flanschelement 2 integriert. Dies ist in 3 zu erkennen. An den Sensor kann mittels eines Steckers ein Kabel angebracht werden, das zur Übertragung der Versorgungsspannung des Sensors und der von dem Sensor detektierten Daten dient. Zur Halterung des Steckers des Kabels ist seitlich an dem Flanschelement 2 eine Aufnahme 20 vorgesehen.
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Mithilfe dieses Sensors 15 ist es möglich, die Position eines Magneten 16 relativ zu dem Sensor 15 in zwei Raumdimensionen zu detektieren. Der Magnet 16 könnte beispielsweise in einer Adapterplatte 7 integriert werden, die zwischen dem Aufnahmeelement 3 und einem zur Aufnahme des ersten Fügepartners 13 vorgesehenen Greifer 14 angeordnet ist. Der Magnet 16 könnte beispielsweise derart in die Adapterplatte 7 eingesetzt werden, dass er im unausgelenkten Zustand mittig dem Sensor 15 gegenübersteht. Diese Adapterplatte 7 würde bei einer Auslenkung des Aufnahmeelements 3 entsprechend mitbewegt und somit auch der Magnet 16. Alternativ könnten beispielsweise der Sensor 15 in der Positioniervorrichtung 6 und der Magnet 16 in dem Aufnahmeelement 3 angebracht werden. Die Kalibrierung des Sensors 15 erfolgt über ein von der Firma Melexis zur Verfügung gestelltes Programmiergerät.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dafür vorgesehen, mit einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 eine kombinierte Vorrichtung 200 zum Ausgleich entlang der x- und y-Achse zu bilden. Daher wird der Magnet 16 wie weiter unten beschrieben in das Flanschelement der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 eingesetzt.
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Eine Aufsicht auf die zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 100, die an der im Vorigen beschriebenen ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 angebracht wird, um eine erfindungsgemäße kombinierte Vorrichtung 200 zu erhalten, ist in 4 abgebildet. Diese ist weitestgehend identisch zu der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 aufgebaut und um 90 ° in der x-y-Ebene verglichen mit der in 2 dargestellten ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gedreht. Lediglich enthält die zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 100 keinen Sensor 15 zur Detektion der Auslenkung, sondern den Magneten 16. Dieser ist in dem Flanschelement 102 derart platziert, dass er mittig der Sensorfläche des Sensors 15 in der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gegenüberliegt, wenn die kreisförmigen Flanschelemente 2, 102 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 deckungsgleich mit der in 2 und 4 dargestellten Orientierung in der x-y-Ebene übereinander gebracht werden.
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Wie in 4 zu sehen, dient die zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zu einem Ausgleich entlang der y-Achse. In 5 ist eine perspektivische Ansicht der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 abgebildet. Die Montage der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 an der ersten 1 erfolgt dadurch, dass die Aufnahmeelemente 3, 103 miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt werden. Die Verbindung kann auch über eine Adapterplatte durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich die in 6 bzw. 7 dargestellte erfindungsgemäße kombinierte Vorrichtung 200.
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In diesem Fall erfolgt die Anbringung an der Positioniervorrichtung 6 ebenfalls mithilfe des Flanschelementes 2 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Der erste, zu bewegende Fügepartner 13 wird jedoch nicht wie im Falle der Nutzung einer einzelnen erfindungsgemäßen Vorrichtung an dem Aufnahmeelement 103, sondern an dem Flanschelement 102 der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 angebracht. Die Befestigung erfolgt entweder direkt an dem Flanschelement 102 oder über einen Adapter 14, der an dem Flanschelement 102 angebracht wird. Auch hier handelt es sich bei dem Adapter 14 bevorzugt um einen Greifer 14, der beispielsweise durch Öffnen und Schließen den ersten Fügepartner 13 aufnimmt.
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Wirken nun beim Fügen Kräfte in x-Richtung auf den ersten Fügepartner 13, geben die Blattfedern 4 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in dieser Richtung nach. Durch die Steifheit der Blattfedern 4 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in y-Richtung wird das Aufnahmeelement 3 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nicht in diese Richtung ausgelenkt, wenn Kräfte auch in y-Richtung wirken. In diesem Fall geben die Blattfedern 104 der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in y-Richtung nach und das Flanschelement 102 der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 wird relativ zu dem Aufnahmeelement 3 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausgelenkt. Umgekehrt verhindert die Steifigkeit der Blattfedern 104 der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 eine Auslenkung des Flanschelementes 102 der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in x-Richtung.
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Bei Verwendung einer Adapterplatte zwischen der ersten und der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 100 wäre es ebenfalls möglich, das Flanschelement 102 der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 mittels der Adapterplatte an dem Aufnahmeelement 3 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 anzubringen, um eine kombinierte Vorrichtung 200 zu erhalten.
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Eine beispielhafte Dimensionierung der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 und der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 ergibt sich aus den in 2 und 4 angegebenen Bemaßungen.
