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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit einer Einrichtung, die einen Drehrahmen, wenigstens einen Roboter und wenigstens einen ersten und einen zweiten Werkstückpositionierer aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Roboter werden zum Durchführen unterschiedlichster Arbeiten wie Schneiden oder Schweißen von Werkstücken, Positionieren von Werkstücken oder beispielsweise dem Lackieren von Bauteilen genutzt. Hierbei ist es üblich, die Roboter im Zusammenwirken mit peripheren Anlagen wie beispielsweise Werkstückpositionierern oder Sicherheitsschleusen einzusetzen. Werkstückpositionierer werden dabei dazu genutzt, die Werkstücke optimal relativ zu dem Roboter oder den Robotern zu positionieren. Das oder die Werkstücke sind an dem Werkstückpositionierer üblicherweise lösbar befestigt. Zur Bearbeitung mit dem Roboter sind das oder die Werkstücke an dem Werkstückpositionierer befestigt.
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Sicherheitsschleusen sind notwendig, wenn Personen zu einem Robotereinsatzbereich zum Beispiel zum Zwecke von Werkstückwechseln Zutritt haben. Um das Personal nicht durch den Robotereinsatz zu gefährden, ist es üblich oder erforderlich, durch die genannten Sicherheitsschleusen oder Sicherheitsbereiche eine Trennung zwischen Robotern und Personal beziehungsweise ein Abschalten der Roboter bei Eindringen in den Sicherheitsbereich zu bewirken.
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Dabei ergibt sich das Problem, dass ein Roboter keine Arbeiten an einem Werkstück durchführen kann, wenn sich eine Person in einem Sicherheitsbereich aufhält. Hierdurch wird die Bearbeitungszeit des Werkstücks nachteilig verlängert.
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Gemäß dem Stand der Technik ist es dabei zwar bekannt, beispielsweise die Abläufe der Roboterbewegung oder der Bewegungen der Werkstückpositionierer zu beschleunigen, um so die Bearbeitungszeiten der Werkstücke niedrig zu halten. Jedoch bedingt eine Beschleunigung der Abläufe einen erheblichen konstruktiven Mehraufwand bei der Ausgestaltung der Komponenten. Dabei müssen sowohl entsprechend leistungsfähige als auch gleichzeitig präzise Tragstrukturen, Antriebe, Getriebe und passende Steuereinrichtungen bereitgestellt werden, was einen erheblichen und problematischen Kostenfaktor darstellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Durchführen von Roboterarbeiten bereitzustellen, welches keine Einbußen bei den Bearbeitungszeiten aufweist und welches verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vereinfacht und günstiger darstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit einer Einrichtung gelöst, die einen Drehrahmen, wenigstens einen Roboter und wenigstens einen ersten und einen zweiten Werkstückpositionierer aufweist. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte:
Einlegen wenigstens eines ersten Werkstücks in einen ersten Werkstückpositionierer; und
Bearbeiten des ersten Werkstücks durch den oder die Roboter und gleichzeitiges Drehen des Drehrahmens.
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Durch eine gemeinsame Anordnung von wenigstens einem Roboter, Werkstückpositionierern und Drehrahmen ist es möglich, ein Verfahren bereit zu stellen, das dazu geeignet ist, Roboterarbeiten auch dann durchzuführen, wenn sich der Drehrahmen zwischen unterschiedlichen Positionen dreht. Da die Komponenten der Einrichtung Roboter, Werkstückpositionierer und damit auch ein am Werkstückpositionierer positioniertes Werkstück über den Drehrahmen relativ zueinander fixiert sind, entstehen während der Drehung des Drehrahmens und der weiteren daran vorgesehenen Komponenten keine für die Roboterarbeiten nachteiligen Relativbewegungen zwischen Roboter und Werkstück.
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Der oder die Roboter und die Werkstückpositionierer sind somit so auf dem beweglichen beziehungsweise rotierenden Rahmen montiert, dass sie während der Bewegung beziehungsweise Rotation des Drehrahmens mitbewegt beziehungsweise mitgedreht werden. Die relative Position zu den Bearbeitungsstationen beziehungsweise Werkstückpositionierern oder Werkstück ist somit immer gleich. Die Roboter können somit auch während des Drehens an den Bearbeitungsstationen präzise arbeiten. Die Genauigkeit der Arbeiten der Roboter ist unabhängig von einem Grundantrieb des Drehrahmens und dessen Steuerung und Präzision. Auch bei ungleicher Lastverteilung auf den Drehrahmen, das heißt wenn zum Beispiel der gesamte Rahmen kippt oder wackelt bleibt die Genauigkeit der Roboterarbeiten unbeeinflusst oder nahezu unbeeinflusst.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass das Verfahren ferner den weiteren Schritt umfasst:
Einlegen wenigstens eines zweiten Werkstücks in den zweiten Werkstückpositionierer.
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Die gleichzeitige Belegung von einem weiteren Werkstückpositionierer und ggf. von weiteren Werkstückpositionierern mit Werkstücken ermöglicht eine förderliche Reduktion der Standzeit beim Durchführen des Verfahrens. Ist die Bearbeitung des ersten Werkstücks auf dem ersten Werkstückpositionierer abgeschlossen, so können die Roboter verfahrensgemäß nahtlos zur Bearbeitung weiterer Werkstücke auf den weiteren Werkstückpositionierern übergehen. Somit ist in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel denkbar, dass das Verfahren ferner den Schritt umfasst:
Bearbeiten des zweiten Werkstücks durch den oder die Roboter und gleichzeitiges Drehen des Drehrahmens.
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In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
Entnehmen des ersten Werkstücks aus dem ersten Werkstückpositionierer, und/oder
Einlegen wenigstens eines dritten Werkstücks in den ersten Werkstückpositionierer.
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Somit ist es möglich, die wenigstens zwei Werkstückpositionierer abwechselnd zur Bearbeitung von Werkstücken zu nutzen und vorteilhaft Standzeiten der Roboter ganz oder nahezu ganz zu eliminieren.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass der oder die Roboter und die wenigstens zwei Werkstückpositionierer am Drehrahmen vorgesehen sind und gemeinsam mit dem Drehrahmen gedreht werden, und/oder dass das Bearbeiten des Werkstücks oder der Werkstücke Schweißarbeiten umfasst.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Einlegen wenigstens eines Werkstücks in wenigstens einen Werkstückpositionierer und zum Bearbeiten des Werkstücks durch wenigstens einen Roboter, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einrichtung einen Drehrahmen, wenigstens einen Roboter und wenigstens zwei Werkstückpositionierer umfasst, wobei der oder die Roboter und die Werkstückpositionierer an dem Drehrahmen vorgesehen und gemeinsam mit diesem drehbar sind.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass Drehrahmen, Roboter und Werkstückpositionierer innerhalb eines Sicherheitsbereichs der Einrichtung angeordnet sind und im Normalbetrieb nicht zum Verlassen des Sicherheitsbereichs ausgelegt sind. Der Sicherheitsbereich ist also derart ausgestaltet, dass Drehrahmen, Roboter und Werkstückpositionierer im Normalbetrieb innerhalb des Sicherheitsbereichs angeordnet sind.
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Hierdurch wird eine sichere und vereinfachte Ausgestaltung der Einrichtung ermöglicht. Der Sicherheitsbereich kann dabei beispielsweise eine Umzäunung und/oder eine Sensorvorrichtung umfassen, mittels derer sichergestellt wird, dass kein Personal in den Sicherheitsbereich eindringen kann, oder dass die Einrichtung einen Nothalt ausführt, wenn Personal in den Sicherheitsbereich eindringt. Der Begriff Normalbetrieb bedeutet hierbei, dass es sich um den normalen Roboterarbeitsbetrieb zum Bearbeiten von Werkstücken handelt und nicht beispielsweise um den zur Montage oder zur Wartung der Einrichtung notwendigen Betrieb handelt.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass der Sicherheitsbereich einen Werkstückwechsel- und Teachbereich umfasst, in dem sowohl der Werkstückwechsel als auch das Teachen von Robotern durchführbar sind.
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Gemeint ist damit, dass derselbe, ungeteilte Bereich sowohl, zum Werkstückwechseln als auch zum Teachen des Roboters oder der Roboter nutzbar ist. Hierdurch ist es vorteilhaft unnötig, eigenen d. h. getrennten Platz zum Programmieren beziehungsweise Teachen der Roboter bereitzustellen, da dieses in dem Einlegebereich beziehungsweise in den Werkstückwechsel- und Teachbereich erfolgen kann.
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Durch die Kombination von Werkstückwechsel- und Teachbereich kann weiter vorteilhaft die Anzahl der zum Abgrenzen bzw. Betreten des Sicherheitsbereichs notwendigen Türen unter Kostenvorteilen reduziert werden. Gleichfalls wird der gesamte Platzbedarf der Einrichtung reduziert, da die Notwendigkeit eines zusätzlichen, vom Werkstückwechselbereich unterschiedlichen Programmierbereichs entfällt.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass der Drehrahmen ein H-Rahmen ist, und/oder dass den wenigstens einen Roboter ein Schweißschutz wenigstens teilweise umgibt. Die Roboter können dadurch zum Durchführen der Roboterarbeiten besonders gut relativ zu dem Werkstück oder den Werkstücken auf einem mittleren Bereich des H-förmigen Rahmens angeordnet sein. Der Schweißschutz kann relativ zum Roboter beziehungsweise relativ zu einem vertikal drehbaren Abschnitt des Roboters unbeweglich sein, sodass er bei einer Drehung des Roboters mitgedreht wird. Da der Roboter beziehungsweise die Roboter der Einrichtung dafür ausgelegt sind, auch während einer Drehung des Drehrahmens Roboterarbeiten durchzuführen, ist es mit einem derartigen Schweißschutz möglich, Schweißarbeiten auch dann wirksam abzuschirmen, wenn diese während einer Drehbewegung der Einrichtung erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht nur für Roboter zum Durchführen von Schweißarbeiten geeignet, sondern auch zum Durchführen aller Roboterarbeiten, in denen die Problematik eines Werkstückwechsels analog vorliegt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den folgenden Figuren dargestellt. Dabei zeigen:
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1: Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2–6: Die erfindungsgemäße Einrichtung in unterschiedlichen Drehpositionen.
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1 zeigt eine Einrichtung 1 zum Durchführen eines Verfahrens zum Einlegen wenigstens eines Werkstücks in wenigstens einen Werkstückpositionierer 2 und zum Bearbeiten des Werkstücks durch wenigstens einen Roboter 3. Die in 1 gezeigte Einrichtung ist insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geeignet. Bei der Einrichtung 1 ist ein Drehrahmen 4 vorgesehen, der um eine vertikale Achse schwenkbar und über einen Flanschbereich 41 mit einem Bodenabschnitt, beispielsweise einem Hallenboden innerhalb einer Werkhalle verbunden ist. Auf dem Drehrahmen 4 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 zwei Roboter 3 zum Bearbeiten von nicht gezeigten Werkstücken vorgesehen. Die Roboter 3 stehen dabei so mit dem Drehrahmen 4 in Verbindung, dass sie gemeinsam mit diesem um die vertikale Schwenkachse des Drehrahmens 4 verschwenkbar sind. Die Roboter 3 können zusätzlich um ihre eigenen Schwenkachsen bewegt werden. Denkbar ist dabei auch eine Verankerung des Drehrahmens 4 an einem Deckenbereich beispielsweise einer Produktionshalle, sodass die Einrichtung 1 hängend vorgesehen sein kann. In 1 sind ferner drei von insgesamt vier Werkstückpositionierern 2 erkennbar, die ebenfalls mit dem Drehrahmen 4 verbunden sind. Wie die Roboter 3 so können auch die Werkstückpositionierer 2 gemeinsam mit dem Drehrahmen 4 um dessen vertikale Schwenkachse geschwenkt werden. Diese Anordnung von Drehrahmen 4, Roboter 3 und Werkstückpositionierern 2 ermöglicht es, während des Verschwenkens des Drehrahmens 4 Roboterarbeiten an von den Werkstückpositionierern 2 positionierten und festgehaltenen Werkstücken durchzuführen.
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Der Drehrahmen 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als H-Rahmen ausgeführt, was eine besonders vorteilhafte Anordnung beispielsweise der Werkstückpositionierer 2 an den Endpunkten des H-Rahmens ermöglicht. Gleichzeitig ist es möglich, einen oder mehrere Roboter 3 im mittleren Bereich des H-Rahmens so anzuordnen, dass die Roboter 3 einfachen Zugriff auf die von den Werkstückpositionierern 2 positionierten Werkstücke haben.
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Um die Roboter 3 ist im Ausführungsbeispiel der 1 jeweils ein Schweißschutz 31 vorgesehen. Somit kann in dem Fall, in dem es sich bei den Robotern 3 um Schweißroboter handelt, ein entsprechender Schutz vor UV-Strahlung gewährleistet werden. Es ist dabei denkbar, dass der Schweißschutz 31 jeweils mit dem entsprechenden Roboter 3 so verbunden ist, dass er beim Verschwenken des Roboters 3 um dessen vertikale Achse ebenfalls mitverschwenkt wird. Hierdurch wird beispielsweise verhindert, dass eine Roboter 3 von dem ihm zugeordneten Schweißschutz 31 in seiner Bewegungsfreiheit eingeschränkt wird und zum Beispiel nicht alle ihm zugeordneten Werkstückpositionierer 2 und die entsprechenden Werkstücke bearbeiten kann.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 ist dabei in einer ersten Position 1, bei der die Drehung des Drehrahmens 4 0° beträgt. Die Einrichtung 1 ist in einem Sicherheitsbereich 5 angeordnet. In einem Normalbetrieb, das heißt in einem Betrieb, in dem die Einrichtung die Bearbeitung des Werkstücks oder der Werkstücke ausführt, befindet sich die gesamte Einrichtung 1 innerhalb des Sicherheitsbereichs 5. In einem vorderen Bereich des Sicherheitsbereichs 5 ist eine Schranke oder ein Zugangstor 6 geöffnet dargestellt. In dem geöffneten Zustand der Schranke 6 kann Bedienpersonal auf die Einrichtung 1 zugreifen. Dies kann zum Beispiel zum Zwecke eines Werkstückwechsels notwendig sein oder um Teacharbeiten an dem Roboter oder an den Robotern durchzuführen. In der Position 1 der 2 befindet sich wenigstens ein erster Werkstückpositionierer 2 im Werkstückwechsel- und Teachbereich 7. Dadurch ist es dem Bedienpersonal möglich, ein fertig bearbeitetes Werkstück aus dem Sicherheitsbereich 5 zu entnehmen und anschließend ein zu bearbeitendes Werkstück in dem Werkstückpositionierer 2 zu positionieren. Die Roboter 3 führen dabei keine Arbeiten im Werkstückwechsel- und Teachbereich 7 durch um das Bedienpersonal nicht unnötig zu gefährden. Denkbar ist aber, dass die Roboter 3 in einem vom Werkstückwechsel- und Teachbereich 7 entfernten Bereich Arbeiten an einem anderen Werkstück oder an anderen Werkstücken durchführen. In der in 2 gezeigten Position 1 ist es ferner denkbar, Teacharbeiten an den Robotern 3 durchzuführen, das heißt die Programmierung von neuen Arbeitsvorgängen durchzuführen.
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In 3 ist eine Position 2 der Einrichtung 1 gezeigt, in der der Drehrahmen 4 um 45° gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht ist. Die Schranke 6 ist geschlossen und die Roboter 3 führen Arbeiten an einem oder mehreren Werkstücken durch. Die Bearbeitung kann dabei ab dem Moment erfolgen, ab dem die Schranke 6 geschlossen ist und sich somit kein Personal mehr im Werkstückwechsel- und Teachbereich 7 befindet.
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4 zeigt eine Position 3 der Einrichtung 1, bei der der Drehrahmen 4 um 135° gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist und bei der wie in Position 2 auch Werkstücke von den Robotern 3 während des Drehvorgangs des Drehrahmens 4 bearbeitet werden. Hierbei nähert sich wenigstens ein dem ersten Werkstückpositionierer 2 gegenüberliegend angeordneter zweiter Werkstückpositionierer 2 dem Werkstückwechsel- und Teachbereich 7. In wenigstens einem zweiten Werkstückpositionierer 2 kann dabei wenigstens ein fertig bearbeitetes Werkstück positioniert sein.
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5 zeigt eine Position 4, in der der Drehrahmen 4 verglichen mit Position 1 um 180° geschwenkt ist. Der erste Werkstückpositionierer 2, an dem noch Roboterarbeiten durchgeführt werden, hat sich somit weitestmöglich vom Werkstückwechsel- und Teachbereich 7 entfernt. Der zweite Werkstückpositionierer 2 oder die zweiten Werkstückpositionierer 2 befinden sich dafür im Werkstückwechsel- und Teachbereich 7. Die Schranke 6 kann nun analog zur Position 1 geöffnet werden. Bedienpersonal kann somit einen Werkstückwechsel durchführen. Hierbei ist es nicht notwendig, die Roboterarbeiten an dem anderen Werkstück einzustellen, da diese in einem von den Werkstückwechsel- und Teachbereich 7 beabstandeten Bereich fortgeführt werden können.
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6 zeigt eine Position 5, in der der Drehrahmen 4 wie in Position 4 um 180° relativ zu Position 1 verdreht ist. Die Roboter 3 befinden sich in einer Neutralposition. Werkstückwechsel und/oder Teacharbeiten können vom Bedienpersonal im Werkstückwechsel- und Teachbereich 7 durchgeführt werden.
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Der Drehrahmen 4 kann zunächst in einer Richtung um 180° gedreht werden und anschließend um weitere 180° in derselben Richtung. Es ist allerdings auch möglich, den Drehrahmen 4 zunächst in einer Richtung um 180° zu drehen und anschließend um 180° in der Gegenrichtung zu drehen.
