DE102013217199A1

DE102013217199A1 - Verfahren und Apparat zur Ausrichtung einer Lamination

Info

Publication number: DE102013217199A1
Application number: DE102013217199.4A
Authority: DE
Inventors: Johnathan A. Rankin; Rohan V. Patel; David A. Schmitz
Original assignee: Nidec Minster Corp
Current assignee: Nidec Minster Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2014-04-17
Also published as: US8985936B2; US20140072396A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung eines ausgewählten Objekts aus einem Stapel gleichartiger Objekte, wobei das Verfahren die Schritte des Trennens, Erfassens und Ausrichtens umfasst. Der Trennungsschritt trennt das ausgewählte Objekt unter Anwendung einer ersten Anziehungskraft einer Transportvorrichtung vom Stapel. Der Erfassungsschritt erfasst das ausgewählte Objekt mit einer zweiten Anziehungskraft von der Transportvorrichtung. Die zweite Anziehungskraft ist größer als die erste Anziehungskraft. Im Ausrichtungsschritt wird das ausgewählte Objekt im Verhältnis zur Transportvorrichtung ausgerichtet, während sich die Transportvorrichtung auf dem Weg zu einem Zielort befindet.

Description

Verweis auf verwandte Anwendungen
Dies ist eine nicht-provisorische Patentanmeldung auf Basis der provisorischen US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 61/699,447 mit dem Titel "VERFAHREN UND APPARAT ZUR AUSRICHTUNG VON LAMINATIONEN", 11. September 2012, die diesem Dokument einverleibt ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausrichtungsvorrichtung, insbesondere eine Ausrichtungsvorrichtung zum Bewegen einer Metalllamination.
2. Stand der Technik
Kaltgewalzter Stahl, auch bekannt als Laminatstahl, ist heute allgemein in Gebrauch für die Produktion von Laminationen, die in Elektromotoren verwendet werden. Die Einfachheit des Stanzens kaltgewalzten Stahls und der daraus resultierende geringe Werkzeugverschleiß tragen zu den niedrigen Kosten fertiger Laminationen bei. Ob nun dieses oder ein anderes Material zur Produktion der Laminationen benutzt wird, jedenfalls umfasst der Herstellungsprozess der Laminationen mehrere Arbeitsschritte, bevor diese zu einer elektrischen Maschine zusammengesetzt werden, beispielsweise zu einem Elektromotor oder einem Stromgenerator.
Nachdem beispielsweise eine Lamination aus einem Stahlblech herausgeschnitten wurde, erfordern die in die einzelnen Laminationen geschnittenen Merkmale, dass die Lamination in einem folgenden Arbeitsschritt so indexiert wird, dass der Lamination zusätzliche Merkmale hinzugefügt werden können. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Erstens kann die Lamination, nachdem ihr ein erstes Merkmal vermittelt worden ist, auf indexierte Weise gestapelt und dann koordiniert so bewegt werden, dass die indexierte Position für einen nachfolgenden Arbeitsschritt erhalten bleibt. Dieses Verfahren benötigt leider eine teure Bearbeitung des Laminationenstapels. Eine zweite Möglichkeit besteht in der Verwendung eines nicht-indexierten Stapels, der Bewegung der einzelnen Laminationen zu einer Indexiervorrichtung und der anschließenden Weiterführung der Lamination zum nachfolgenden Arbeitsschritt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine eigene Indexierstation und entsprechend Arbeitsraum für eine solche benötigt wird. Eine dritte Version besteht darin, die Lamination der nächsten Arbeitsstation zuzuführen und diese Vorrichtung vor Ausführung weiterer Arbeitsschritte dazu zu veranlassen, die Lamination auszurichten. Dieses Verfahren bringt jedoch eine erhebliche Verteuerung der Ausrüstung mit sich und verlangsamt die Maschine, da diese vor Ausführung einer Funktion an der Lamination dieselbe zuerst ausrichten muss.
Benötigt wird deshalb eine effektive Vorrichtung zur Überwindung dieser Probleme und mit der der nachgelagerten Bearbeitungsvorrichtung eine vorausgerichtete Lamination zugeführt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein effektives Verfahren und einen Apparat zur Ausrichtung von Laminationen.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Ausrichtung eines ausgewählten Objekts aus einem Stapel gleichartiger Objekte, wobei das Verfahren die Schritte des Trennens, des Erfassens und des Ausrichtens umfasst. Der Trennungsschritt trennt das ausgewählte Objekt unter Verwendung einer ersten Anziehungskraft einer Transportvorrichtung vom Stapel. Im Erfassungsschritt wird das gewählte Objekt mit einer zweiten Anziehungskraft von der Transportvorrichtung erfasst, wobei die zweite Anziehungskraft stärker ist als die erste Anziehungskraft. Der Ausrichtungsschritt richtet das gewählte Objekt im Verhältnis zur Transportvorrichtung aus, während die Transportvorrichtung auf dem Weg zu einem Zielort ist.
In einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Ausrichtungsvorrichtung für ein gewähltes Objekt aus einem Stapel gleichartiger Objekte. Die Ausrichtungsvorrichtung umfasst eine Transportvorrichtung, eine Bearbeitungsvorrichtung und eine Steuerung. Die Transportvorrichtung umfasst eine erste Anziehungsvorrichtung, eine zweite Anziehungsvorrichtung und einen mit der zweiten Anziehungsvorrichtung gekoppelten Ausrichtungsapparat. Die Arbeitsvorrichtung ist als Zielort des ausgewählten Objekts und zur Ausführung wenigstens eines weiteren Bearbeitungsschritts am ausgewählten Objekt ausgeführt. Die Steuerung ist dazu ausgeführt, die erste Anziehungsvorrichtung dazu zu bringen, das ausgewählte Objekt vom Stapel unter Anwendung einer ersten Anziehungskraft zu trennen. Die Steuerung ist ferner dazu ausgeführt, das ausgewählte Objekt mit einer zweiten Anziehungskraft von der zweiten Anziehungsvorrichtung zusätzlich zu erfassen. Die zweite Anziehungskraft ist größer als die erste Anziehungskraft. Die Steuerung ist ferner dazu ausgeführt, den Ausrichtungsapparat dazu zu aktivieren, das ausgewählte Objekt im Verhältnis zur Transportvorrichtung auszurichten, während die Transportvorrichtung auf dem Weg zur Bearbeitungsverrichtung ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Lamination ausgerichtet wird, während sie zu einer Arbeitsstation bewegt wird.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Lamination von dem Stapel mit einem schwächeren Magnetfeld getrennt wird und das Magnetfeld erhöht wird, während die Lamination unterwegs ist, um zu gewährleisten, dass sie nicht fallen gelassen wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Lamination an der nachgelagerten Maschine in einem vorindexierten Zustand ankommt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden können, werden offensichtlicher, und die Erfindung wird besser verständlich durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen.
1 ist eine schematische, perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Ausrichtungsapparats der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Detailansicht des Ausrichtungsapparats aus 1; und
3 ist ein schematisches Fließdiagramm, in dem die in einem Verfahren unter Anwendung des Ausrichtungsapparats aus 1 und 2 durchgeführten Arbeitsschritte dargestellt sind.
Entsprechende Bezugszeichen verweisen in sämtlichen Darstellungen auf die gleichen Teile. Die hier ausgeführten Beispiele veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und sind nicht geeignet, den Geltungsbereich der Erfindung auf welche Art auch immer zu beschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den Zeichnungen, insbesondere in 1, ist ein Bearbeitungszentrum 10 mit einem Stapel von Laminationen 12, einem Roboterarm 14 und einer Bearbeitungsvorrichtung 16 dargestellt. Der Laminationenstapel 12 weist eine Mehrzahl von Laminationen auf, die rotational nicht besonders ausgerichtet sind.
Am Roboterarm 14 ist eine Manipulatorvorrichtung 18 befestigt. Der Roboterarm 14 bewegt eine einzelne Lamination von einem Laminationenstapel 12 zur Bearbeitungsvorrichtung 16 zur nachfolgenden Bearbeitung, beispielsweise Pressen, Spanen oder für jede Art der Bearbeitung, für die die Lamination auf indexierte oder vorausgerichtete Weise bereitgestellt werden muss. Zudem ist in 2 die Manipulatorvorrichtung 18 dargestellt, die auch als Transportvorrichtung 18 bezeichnet wird und eine Verlängerung des Robotergelenksarms 14 darstellt. Die Manipulatorvorrichtung 18 umfasst ein Rotationselement 20, Greifelemente 22, einen Servo 24, Greifelemente 26 und einen Sensor 28. Eine Lamination 30, bei der es sich um ein ausgewähltes Objekt 30 oder ein Materialstück 30 handelt, das eine Metalllamination 30 zur Verwendung in einem Elektromotor oder einem (nicht dargestellten) Generator sein kann, wird mit einem Materialpositioniermerkmal 32 dargestellt, das hier als Raste 32 in einem Stück 30 gezeigt ist. Zahlreiche Materialstücke 30 sind an einer Materialbezugsposition angeordnet, die hier als Laminationenstapel 12 dargestellt ist, und die Materialstücke 30 können bei im wesentlichen ausgerichteten Außengrenzen, aber in beliebiger Winkelanordnung zueinander, gestapelt sein.
Nunmehr Bezug nehmend auf 3 wird mit einem Verfahren 100 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die von einer Steuerung 34 ausgeführt wird. Bei Schritt 102 wird der Roboterarm 14 bewegt, um die Transportvorrichtung 18 so zu positionieren, dass diese eine Lamination 30 vom Laminationenstapel 12 aufnehmen kann. Bei Schritt 104 nimmt die Manipulatorvorrichtung 18 eine einzelne Lamination 30 von der Materialbezugsposition auf und bewegt sie zu einer Arbeitsstation 16, wo weitere Bearbeitungen (z. B. Spanen, Stanzen, Schweißen usw.) am Werkstück 30 vorgenommen werden. Die Lamination 30 wird dann von der Arbeitsstation 16 – möglicherweise von einem anderen Roboterarm – entfernt, und eine neue Lamination 30 wird mit der Manipulatorvorrichtung 18 in die Arbeitsstation 16 eingeführt. Nachdem sie das Materialstück 30 aufgenommen hat und während sie dieses Materialstück 30 bewegt, indexiert die Manipulatorvorrichtung 18 das Materialstück 30 in eine gewünschte Ausrichtung, so dass das Materialstück 30 sich bei der Ankunft an der Arbeitsstation 16 in der gewünschten Winkelstellung befindet.
Nachdem die Manipulatorvorrichtung 18 in Schritt 102 in die Materialbezugsposition 12 bewegt wurde, positioniert der Robotergelenksarm 14 die Magnete 22 in Kontakt mit oder in großer Nähe zur obersten Lamination 30 im Laminationenstapel 12. Bei Schritt 104 werden die Magnete 22 dazu aktiviert, die Lamination 30 zu ergreifen, dann hebt der Roboterarm 14 im Schritt 106 die Manipulatorvorrichtung 18 mit einer Lamination 30 vom Stapel ab. Aus Gründen der Klarheit sind in den Figuren pneumatische und/oder elektrische Verbindungen und Anschlüsse weggelassen. Die Magnete 22 können in Form pneumatisch betätigter Magnete 22 gegeben sein (obwohl auch andere Greifvorrichtungen denkbar sind, beispielsweise Elektromagnete, Saugvorrichtungen usw.), wobei die Stärke der Magnete 22 so ausgewählt wird, dass diese insgesamt stark genug sind, um eine einzelne Lamination 30 hoch zu heben, aber nicht stark genug, um zusätzliche Stücke unterhalb des obersten Stücks 30 anzuheben. Die Magnete 22 werden auch als erste Anziehungsvorrichtungen 22 bezeichnet, die eine erste Anziehungskraft auf die Lamination 30 – die auch als ausgewähltes Objekt 30 bezeichnet wird – ausüben.
Bei Schritt 108 werden, nachdem die Lamination 30 vom Stapel 12 abgehoben wurde, die Greifelemente 26 in Form der Magnete 26 zusätzlich aktiviert. Die Magnete 26 werden auch als zweite Anziehungsvorrichtungen 26 bezeichnet, die eine zweite Anziehungskraft auf die Lamination 30 ausüben. Die Magnete 26 haben eine stärkere Greif- oder Anziehungskraft als die Magnete 22, da nach der Trennung der Lamination 30 vom Stapel 12 keine Bedenken mehr bestehen, dass mehr als eine Lamination 30 magnetisch angezogen werden könnte. Die Bewegung der Lamination 30 zur Arbeitsstation 16 wird im Schritt 110 fortgesetzt, während die Schritte 112–118 ausgeführt werden. Während der Robotergelenksarm 14 seine Bewegung fortsetzt, sind die Magnete 22 in Schritt 112 inaktiviert und die Lamination 30 wird in Schritt 114 gedreht, während der Sensor 28 die Position der Raste 32 ermittelt. Die Steuerung der Rotationsausrichtung erfolgt über den Sensor 28, der die Position des Materialpositionslokators 32 feststellt, während der Servo 24 die Magnete 26 und die Lamination 30 dreht. Bei Schritt 116 stellt die Steuerung 34 fest, ob die Lamination rotational richtig ausgerichtet ist; ist dies nicht der Fall, wird die Rotation in Schritt 114 fortgesetzt. Wenn der Sensor 28 in Schritt 116 die richtige Stellung des Materialpositionslokators 32 festgestellt hat, wird die Rotation angehalten, da sich die Lamination 30 in der gewünschten Rotationsausrichtung für die Platzierung in der Arbeitsstation 16 befindet. Bei Schritt 118 werden die Magnete 22 reaktiviert, um die Lamination 30 weiter an der Manipulatorvorrichtung 18 zu sichern, während die Lamination 30 unterwegs zur Arbeitsstation 16 ist. Wenn die Lamination 30 in der Arbeitsstation 16 positioniert ist, wie in Schritt 120 festgestellt, werden die Magnete 22 und 26 in Schritt 122 inaktiviert, und der Robotergelenksarm 14 bewegt die Manipulatorvorrichtung 18 weg von der Arbeitsstation 16, und das Verfahren 100 wird wiederholt, während die Lamination 30, die der Arbeitsstation 16 zugeführt wurde, bearbeitet wird.
Der Sensor 28 kann die Form eines optischen Sensors, eines Magnetfeldsensors oder eines physischen Kontaktsensors bzw. jedes Sensors haben, der geeignet ist, auf der Lamination 30 ein Positionierungsmerkmal 32 zu erfassen. Die Steuerung 34 benutzt die Informationen vom Sensor 28 zur Steuerung des Servo 24 bei der Rotation der Lamination 30. Die Steuerung steuert auch die Funktion der Transportvorrichtung 18 und des Roboters 14 bei der Ausführung der Methode 100. Die Aktivierung und Deaktivierung der Magnete 22 und 26 durch die Steuerung 34 kann eine Manipulation der Ausrichtung der Magnete sein, so dass mehr oder weniger der von diesen ausgehenden Magnetfeldern gegen die Lamination 30 gelenkt werden. Die Steuerung 34 kann vom Steuerungssystem, das den Robotergelenksarm 14 steuert, getrennt oder in dieses integriert sein, und wenn es getrennt ist, kann eine Schnittstelle zwischen den Steuerungssystemen zur Steuerung der zeitlichen Abfolge der hier beschriebenen Arbeitsgänge vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise verringert die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit zusätzlicher Einrichtungen, wie einer Ausrichtungsstation, und verringert damit auch den Platzbedarf der Arbeitsvorgänge.
Zwar wurde die Erfindung mit Bezug auf wenigstens eine Ausführungsform beschrieben, doch kann die vorliegende Erfindung unter Einhaltung der Prinzipien und innerhalb des Geltungsbereichs dieser Offenbarung zusätzlich modifiziert werden. Diese Patentanmeldung soll deshalb sämtliche Variationen, Nutzungsformen oder Adaptationen der Erfindung unter Anwendung ihrer Grundprinzipien erfassen. Ferner soll diese Patentanmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung erfassen, die in die bekannte oder gewöhnliche Praxis des Sachgebietes dieser Erfindung fallen und die innerhalb der Grenzen der angehängten Ansprüche liegen.

Claims

Verfahren zur Ausrichtung eines ausgewählten Objekts aus einem Stapel gleichartiger Objekte, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Trennen des ausgewählten Objekts vom Stapel unter Verwendung einer ersten Anziehungskraft einer Transportvorrichtung; – Erfassen des ausgewählten Objekts mit einer zweiten Anziehungskraft von der Transportvorrichtung, wobei die zweite Anziehungskraft größer ist als die erste Anziehungskraft; und – Ausrichten des ausgewählten Objekts im Verhältnis zur Transportvorrichtung, während diese Transportvorrichtung unterwegs zu einem Zielort ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner den Schritt der Lösung der ersten Anziehungskraft nach dem Erfassungsschritt und vor dem Ausrichtungsschritt umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die erste Anziehungskraft von mindestens einem ersten Magnet bereitgestellt wird, wobei der wenigstens eine Magnet im Verhältnis zur Transportvorrichtung in seiner Position fixiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die zweite Anziehungskraft von wenigstens einem zweiten Magneten bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Ausrichtungsschritt den Schritt der Bewegung des wenigstens einen zweiten Magneten und des ausgewählten Objekts im Verhältnis zu dem wenigstens einen ersten Magneten umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der wenigstens eine zweite Magnet im Verhältnis zu dem wenigstens einen ersten Magnet drehbar ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, das ferner den Schritt des Erfassens eines Merkmals des ausgewählten Objekts umfasst, wobei das Merkmal durch den Bewegungsschritt so positioniert wird, dass das Merkmal im Verhältnis zur Transportvorrichtung in einer bestimmten Position ausgerichtet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, das ferner den Schritt der Neuverbindung des wenigstens einen Magneten mit dem ausgewählten Objekt umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der wenigstens eine erste Magnet eine Mehrzahl erster Magneten ist, wobei der wenigstens eine zweite Magnet eine Mehrzahl zweiter Magneten ist und wobei eine Gesamtanziehungskraft der ersten Magneten geringer ist als eine Gesamtanziehungskraft der zweiten Magneten.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner folgende Schritte umfasst: Positionieren des ausgewählten Objekts am Zielort; und Lösen der ersten Magneten und zweiten Magneten.
Ausrichtungsvorrichtung für ein ausgewähltes Objekt aus einem Stapel gleichartiger Objekte, wobei die Ausrichtungsvorrichtung umfasst: eine Transportvorrichtung, umfassend: eine erste Anziehungsvorrichtung; eine zweite Anziehungsvorrichtung; und einen Ausrichtungsapparat, der mit der zweiten Anziehungsvorrichtung gekoppelt ist; eine Bearbeitungsvorrichtung, die als Zielort für das ausgewählte Objekt und zur Ausführung wenigstens eines weiteren Bearbeitungsvorgangs am ausgewählten Objekt ausgeführt ist; und eine Steuerung, die dazu ausgeführt ist, die erste Anziehungsvorrichtung dazu zu veranlassen, das ausgewählte Objekt vom Stapel unter Anwendung einer ersten Anziehungskraft zu trennen; wobei die Steuerung ferner dazu ausgeführt ist, das ausgewählte Objekt zusätzlich mit einer zweiten Anziehungskraft von der zweiten Anziehungsvorrichtung zu erfassen, wobei die zweite Anziehungskraft größer ist als die erste Anziehungskraft, wobei die Steuerung ferner dazu ausgeführt ist, die Ausrichtungsvorrichtung zu aktivieren, um das ausgewählte Objekt im Verhältnis zur Transportvorrichtung auszurichten, während sich die Transportvorrichtung auf dem Weg zur Bearbeitungsvorrichtung befindet.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner dazu ausgeführt ist, die erste Anziehungsvorrichtung zu deaktivieren, nachdem die zweite Anziehungskraft aktiviert ist und bevor der Ausrichtungsapparat in Funktion ist.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die erste Anziehungsvorrichtung wenigstens ein erster Magnet ist, wobei der wenigstens eine erste Magnet in seiner Position im Verhältnis zur Transportvorrichtung fixiert ist.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die zweite Anziehungsvorrichtung wenigstens ein zweiter Magnet ist.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Ausrichtungsapparat dazu ausgeführt ist, den wenigstens einen zweiten Magneten und das ausgewählte Objekt im Verhältnis zu dem wenigstens einen erste Magneten zu bewegen.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der wenigstens eine zweite Magnet im Verhältnis zu dem wenigstens einen ersten Magnet drehbar ist.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der Transportapparat ferner einen Sensor umfasst, der dazu ausgeführt ist, ein Merkmal des ausgewählten Objekts zu erfassen, wobei dieses Merkmal vom Ausrichtungsapparat positioniert wird, indem das Merkmal im Verhältnis zur Transportvorrichtung in einer bestimmten Position ausgerichtet wird.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Steuerung ferner dazu ausgeführt ist, mit dem wenigstens einen ersten Magneten erneut das ausgewählte Objekt zu erfassen, nachdem sich das ausgewählte Objekt in der bestimmten Position befindet.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei der wenigstens eine erste Magnet eine Mehrzahl erster Magneten ist, wobei der wenigstens eine zweite Magnet eine Mehrzahl zweiter Magneten ist und wobei eine Gesamtanziehungskraft der ersten Magneten geringer ist als eine Gesamtanziehungskraft der zweiten Magneten.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die Steuerung ferner dazu ausgeführt ist, das ausgewählte Objekt am Zielort zu positionieren und die ersten Magneten und die zweiten Magneten vom ausgewählten Objekt zu lösen.