DE102016207188A1

DE102016207188A1 - Endeffektor und Werkzeugsystem sowie Verfahren zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs

Info

Publication number: DE102016207188A1
Application number: DE102016207188.2A
Authority: DE
Inventors: Jia-Yang Du; Patrick Köhnke
Original assignee: Premium Aerotec GmbH
Current assignee: Premium Aerotec GmbH
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: DE102016207188B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Endeffektor (1) zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs (2), aufweisend eine elastisch verformbare Aufnahmeplatte (10) zur Anlage an das Halbzeug (2), einen Tragrahmen (20), eine jeweils in einem Festlager (41, 42) an der Aufnahmeplatte (10) und an dem Tragrahmen (20) angelenkte Verbindungskomponente (40), und eine erste Gruppe (B1) von Aktuatoreinrichtungen (30) bestehend aus zumindest einer jeweils in einem nur eine Drehachse (D51, D52) aufweisenden Einachsen-Loslagern (51, 52) an der Aufnahmeplatte (10) und an dem Tragrahmen (20) angelenkten Aktuatoreinrichtung (30, 31; 30, 32; 30, 33), mittels welcher die Einachsen-Loslager (51, 52) relativ zueinander bewegbar sind. Ferner ist ein Verfahren zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs (2) beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endeffektor und ein Werkzeugsystem sowie ein Verfahren zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs.
Zum Aufnehmen und Verformen von flächigen Halbzeugen, wie beispielsweise dünnen Blechen, werden üblicherweise sogenannte Endeffektoren verwendet. Endeffektoren weisen in der Regel eine Greifeinrichtung zum Greifen des Halbzeugs und Aktuatoreinrichtungen zum Bewegen der Greifeinrichtungen auf.
Die EP 2 767 371 A1 offenbart einen Endeffektor mit mehreren Greifern zum Greifen des Halbzeugs und mehreren untereinander durch Gelenke verbundene Armmodulen. Die Gelenke weisen jeweils zwei Freiheitsgrade auf. Durch Bewegen der Armmodule relativ zueinander erfolgt eine Verformung des Halbzeugs.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Endeffektor und ein Werkzeugsystem mit einem Endeffektor sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit dem jeweils ein präzises Handhabung eines flächigen Halbzeugs auf effiziente Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Endeffektor zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs vorgesehen. Der Endeffektor weist eine elastisch verformbare Aufnahmeplatte zur Anlage an das Halbzeug, einen Tragrahmen und eine an der Aufnahmeplatte in einem ersten Festlager und an dem Tragrahmen in einem zweiten Festlager angelenkte Verbindungskomponente auf. Weiterhin weist der Endeffektor eine erste Gruppe von Aktuatoreinrichtungen bestehend aus zumindest einer an der Aufnahmeplatte in einem nur eine Drehachse aufweisenden ersten Einachsen-Loslager und an dem Tragrahmen in einem nur eine Drehachse aufweisenden zweiten Einachsen-Loslager angelenkten Aktuatoreinrichtung auf, mittels welcher das erste und das zweite Einachsen-Loslager relativ zueinander bewegbar ist.
Durch die Kopplung der Aufnahmeplatte an den Tragrahmen durch eine in Festlagern angelenkte Verbindungskomponente und zumindest eine in Einachsen-Loslagern mit nur einer Drehachse angelenkte Aktuatoreinreichtung wird insbesondere eine ungewollte Verdrehung der Aufnahmeplatte gegenüber dem Tragrahmen zuverlässig verhindert. Dadurch wird die Genauigkeit, mit welcher ein Halbzeug mittels des Endeffektors gehandhabt werden kann, erhöht. Beispielsweise kann ein an der Aufnahmeplatte fixiertes Halbzeug aufgrund des vorbeschriebenen Aufbaus in präziser Weise relativ zu einer Ablageoberfläche, auf welcher das Halbzeug abgelegt werden soll, positioniert werden.
Der Tragrahmen bildet ein biegesteifes Gerüst, an welchem sich die Aktuatoreinrichtungen abstützen können. In Kombination mit der Lagerung der Aktuatoreinrichtungen in den ersten und zweiten Einachsen-Loslagern mit nur einer Drehachse wird damit eine sehr präzise Verformung der Aufnahmeplatte ermöglicht, da eine Verformung derselben beispielsweise durch die Ausrichtung der Drehachsen der Einachsen-Loslager präzise definierbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass sich die Drehachsen der Einachsen-Loslager entlang einer Umfangskante der Aufnahmeplatte erstrecken. Auf diese Weise kann insbesondere ein konstanter Krümmungsverlauf der Aufnahmeplatte vorteilhaft ohne größere lokale Dellen oder dergleichen eingestellt werden.
Weiterhin kann die ersten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen zumindest eine erste Aktuatoreinrichtung und zumindest eine zweite Aktuatoreinrichtung aufweisen, wobei die Drehachsen der Einachsen-Loslager, durch welche die erste Aktuatoreinrichtung an der Aufnahmeplatte und an dem Tragrahmen angelenkt ist, quer zu den Drehachsen der Einachsen-Loslager verlaufen, durch welche die zweite Aktuatoreinrichtung an der Aufnahmeplatte und an dem Tragrahmen angelenkt ist. Mit einer derartigen Ausrichtung der Drehachsen der Einachsen-Loslager wird die Resistenz des Endeffektors hinsichtlich einer Verdrehung der Aufnahmeplatte relativ zu dem Tragrahmen weiter erhöht. Auch wird dadurch die Genauigkeit eine Verformung der Aufnahmeplatte in mehreren quer zueinander verlaufenden Krümmungsrichtungen vorteilhaft erhöht.
Es kann allgemein vorgesehen sein, dass die erste Gruppe von Aktuatoreinrichtungen eine Vielzahl von Aktuatoreinrichtungen aufweist. Beispielsweise können die ersten Einachsen-Loslager, an denen die Aktuatoreinrichtungen der ersten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen an der Aufnahmeplatte angelenkt sind in mehreren Reihen über die Aufnahmeplatte verteilt sein. Bevorzugt sind die ersten Aktuatoreinrichtungen der ersten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen entlang einer ersten Reihe angeordnet und die zweiten Aktuatoreinrichtungen der ersten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen entlang einer zweiten Reihe. Die erste und die zweite Reihe können sich beispielsweise jeweils entlang einer herzustellenden Hauptkrümmungsrichtung der Aufnahmeplatte erstrecken.
Die Verbindungskomponente des Endeffektors kann insbesondere als eine Aktuatoreinrichtung ausgebildet sein, mittels derer die Festlager relativ zueinander bewegbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Einstellungsmöglichkeiten für die Krümmung der Aufnahmeplatte erhöht wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Verbindungskomponente starr ausgeführt ist, also einen konstanten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Festlager einstellt. Damit wird insbesondere ein einfacher, robuster Aufbau des Endeffektors erzielt.
Der Endeffektor kann weiterhin eine zweite Gruppe von Aktuatoreinrichtungen bestehend aus zumindest einer an der Aufnahmeplatte in einem mehrere Drehachsen aufweisenden ersten Mehrachsen-Loslager und an dem Tragrahmen in einem zumindest eine Drehachse aufweisenden zweiten Mehrachsen-Loslager angelenkten Aktuatoreinrichtung aufweisen, mittels welcher das erste und das zweite Mehrachsen-Loslager relativ zueinander bewegbar ist. Damit kann eine mehrachsige Verformung der Aufnahmeplatte in besonders einfacher Weise erfolgen.
Sämtliche Aktuatoreinrichtungen können als Linearaktuatoren, wie z. B. Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, Schrittmotoren, Servomotoren, allgemein teleskopisch ausfahrbare Komponenten oder dergleichen ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Aktuatoreinrichtungen als Spreizaktuatoren ausgebildet sind, die ein erstes Teil und ein mit diesem gelenkig verbundenes zweites Teil aufweisen, wobei ein Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Teil mittels eines Antriebsmotors oder dergleichen veränderbar ist. Allgemein sind die Aktuatoreinrichtungen dazu ausgebildet, einen Abstand, insbesondere einen sich ergebenden kürzest möglichen Abstand, zwischen dem ersten und dem zweiten Einachsen-Loslager bzw. dem ersten und dem zweiten Festlager bzw. dem ersten und dem zweiten Mehrachsen-Loslager zu vergrößern oder zu verkleinern. Durch die Änderung des Abstands zwischen den Einachsen-Loslagern bzw. den Festlagern und gegebenenfalls den Mehrachs-Loslagern erfolgt eine Verformung der Aufnahmeplatte. Insbesondere wird die Aufnahmeplatte relativ zu dem steifen Tragrahmen bewegt bzw. verformt. Die Aufnahmeplatte kann dadurch derart verformt werden, dass diese allgemein einen dreidimensional zu beschreibenden Krümmungsverlauf aufweist. Der Krümmungsverlauf kann beispielsweise zylindrisch, sphärisch oder auch mit lokal unterschiedlichen Krümmungsrichtungen und -radien ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann der Endeffektor eine Steuerungseinrichtung aufweisen mittels derer jede Aktuatoreinrichtung einzeln betätigbar ist. Mit der Steuerungseinrichtung kann beispielsweise jede der Aktuatoreinrichtungen einzeln derart gesteuert werden, dass diese einen bestimmten Abstand zwischen den der jeweiligen Aktuatoreinrichtung zugeordneten Einachsen-Loslagern bzw. den Festlagern und gegebenenfalls den Mehrachs-Loslagern einstellt. Die einzelnen Abstände können durch die Steuerungseinrichtung auch zeitlich gestaffelt eingestellt werden. Dadurch kann eine wellenartige Verformung der Aufnahmeplatte erfolgen. Dies kann insbesondere beim Ablegen eines an der Aufnahmeplatte gehaltenen Halbzeugs vorteilhaft sein.
Die Steuerungseinrichtung kann die Aktuatoreinrichtungen auch abhängig von der auf diese wirkenden Kräfte betätigen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass an den Aktuatoreinrichtungen jeweils eine Kraftmesseinrichtung zugeordnet ist, welche eine durch die Aktuatoreinrichtung aufgebrachte Kraft erfasst und ein entsprechendes Kraftsignal erzeugt. Auf Basis dieses Kraftsignals erfolgt dann eine Betätigung der Aktuatoreinrichtung durch die Steuerungseinrichtung. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung die Aktuatoreinrichtung derart betätigt, dass die Aktuatoreinrichtung den Abstand zwischen zwei Lagern (Einachsen-Loslagern, Festlagern, Mehrachs-Loslagern) solange verändert, bis das Kraftsignal ein vorbestimmtes Kriterium, beispielsweise einen maximal oder minimal zulässigen Wert, erreicht.
Vorteilhaft kann der Endeffektor eine Greifeinrichtung zum Halten des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte aufweisen. Besonders bevorzugt ist die Haltevorrichtung als eine Ansaugeinrichtung ausgebildet, mit welcher ein Unterdruck an der Aufnahmeplatte erzeugbar ist. Die Greifeinrichtung kann allgemein als ein Punktgreifer ausgebildet, wie beispielsweise ein Unterdruckgreifer, ein Bernoulli-Greifer oder ein Nadelgreifer. Der optional vorgesehene Punktgreifer ist an der Aufnahmeplatte angeordnet, insbesondere an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte, und dazu ausgebildet, das Halbzeug an einem im Vergleich zu dessen Gesamtgröße kleinen Bereich kraft- oder formschlüssig zu halten. Ein Unterdruckgreifer ist beispielsweise dazu ausgebildet, an der Aufnahmeoberfläche Punktförmig einen Unterdruck zu erzeugen und dadurch das Halbzeug anzusaugen. Der Vorteil der Unterdruckgreifer liegt darin, dass diese bei entsprechender Verteilung über die Aufnahmeplatte einzeln zu- oder abschaltbar sind, wodurch eine individuelle Anpassung der Halterung an das zu haltende Halbzeug erfolgen kann. Das Zu- oder Abschalten kann beispielsweise mittels der Steuerungseinrichtung erfolgen. Weiterhin sind mit Punktgreifern große Haltekräfte erzeugbar, wodurch ein Verschwimmen des Halbzeugs gegenüber der Aufnahmeplatte verhindert und damit das Halbzeug präzise handhabbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Greifeinrichtung einen Flächengreifer aufweisen oder als ein solcher ausgebildet sein, wobei der Flächengreifer dazu ausgebildet ist, das Halbzeug flächig an der Aufnahmeplatte zu halten. Der Flächengreifer kann beispielsweise als ein elektrostatischer Flächengreifer, insbesondere durch eine Vielzahl von an der Aufnahmeplatte angeordneten Elektromagneten, oder durch eine flächige Matrix aus zahlreichen Punktgreifern ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann der Flächengreifer auch dadurch ausgebildet sein, dass die Aufnahmeplatte eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, die sich zwischen einer Rückoberfläche der Aufnahmeplatte, welche dem Tragrahmen zugewandt ist, und einer Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte zur Aufnahme des Halbzeugs, welche entgegengesetzt zu der Rückoberfläche orientiert ist, erstrecken, wobei auf der Seite der Rückoberfläche zumindest eine Lüftereinrichtung, auch als Saugeinrchtung bezeichnet, angeordnet ist, mittels derer durch die Durchgangslöcher ein Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche zum Halten des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte erzeugbar ist. Optional kann die Ansaugeinrichtung zusätzlich die oben beschriebenen Unterdruckgreifer aufweisen.
Die zumindest eine Lüftereinrichtung oder Saugeinrichtung kann insbesondere als ein Ventilator ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Lüftereinrichtung allgemein als eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe und bevorzugt als ein Vakuum-Ejektor ausgebildet ist.
Bei einer durch eine oder mehrere Lüftereinrichtungen, welche durch Durchgangslöcher der Aufnahmeplatte hindurch einen Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte erzeugen, gebildete Ansaugeinrichtung ist es vorteilhaft, dass eine flächige Halterung des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte ermöglicht wird. Insbesondere kann das Halbzeug schwimmend und flächig an der Aufnahmeplatte gehalten werden. Dies ist insbesondere bei einer Verformung des Halbzeugs vorteilhaft, da sich dabei dessen Position relativ zu der Halteplatte infolge der Krümmung der Aufnahmeplatte geringfügig ändern kann. Durch die flächige schwimmende Halterung des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte wird das Halbzeug jedoch auch während des Verformens zuverlässig an der Aufnahmeplatte fixiert. Insbesondere wird dadurch eine Eintrag von Spannungen in das Halbzeug infolge des Haltens desselben an der Aufnahmeplatte vermieden. Ein weiterer Vorteil der Flächengreifer besteht darin, dass das Halbzeug gegenüber der Aufnahmeplatte nicht durchhängt und somit präzise durch den Endeffektor verformbar ist.
Besonders bevorzugt kann die Greifeinrichtung sowohl einen Flächengreifer als auch zumindest einen Punktgreifer aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Punktgreifer matrixförmig an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte angeordnet sind und einzeln zu und abschaltbar oder aktivierbar und deaktivierbar sind. In einem zugeschalteten oder aktivierten Zustand hält der jeweilige Punktgreifer das Halbzeug an der Aufnahmeplatte, beispielsweise durch Ansaugen desselben oder durch formschlüssig dadurch, dass eine Haltenadel sich schräg durch das Halbzeug erstreckt. In einem abgeschalteten oder deaktivierten Zustand übt der jeweilige Punktgreifer keine Kraft auf das Halbzeug aus.
Die Punktgreifer können insbesondere derart betätigbar sein, dass diese während des Verformens lediglich an Stellen der Aufnahmeplatte, welche keine oder lediglich eine geringe Verformung erfahren, zugeschaltet werden. Beispielsweise kann bei einer herzustellenden sphärischen Krümmung der Aufnahmeplatte bzw. des Halbzeugs lediglich ein einziger Punktgreifer, bevorzugt ein an einem Schnittpunkt von zwei Symmetrieebenen der sphärischen Krümmung angeordneter Punktgreifer, aktiviert sein, während die übrigen Punktgreifer deaktiviert sind. Während eines Transportes des Halbezeugs mittels des Endeffektors ohne Verformung des Halbzeugs kann der Flächengreifer deaktiviert werden, um Energie zu sparen. Im Falle eines Versagens des Flächengreifers bilden die Punktgreifer zusätzlich eine redundante Halterung. Damit wird die Ausfallsicherheit des Endeffektors verbessert. Insbesondere wird durch die Kombination aus Punktgreifern und Flächengreifer eine präzise Positionierung des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte bei einer flächigen Halterung des Halbzeugs sichergestellt, wodurch dieses sehr präzise handhabbar ist, ohne dass Beschädigungen des Halbzeugs zu besorgen sind.
Bei der durch eine oder mehrere Lüftereinrichtungen, welche durch Durchgangslöcher der Aufnahmeplatte hindurch einen Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte erzeugen, gebildeten Ansaugeinrichtung kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine elastisch verformbare Folie luftdicht mit dem Tragrahmen und der Aufnahmeplatte derart verbunden ist, dass die Folie eine Seitenwandung einer Unterdruckkammer bildet, welche mittels der zumindest einen Lüftereinrichtung evakuierbar ist, wobei ein sich zwischen dem Tragrahmen und der Aufnahmeplatte ersteckender Zwischenraum die Unterdruckkammer aufweist.
Durch Ausbildung von Unterdruckkammern durch eine Folie, wobei einer Unterdruckkammer ein oder mehrere Lüftereinrichtungen zugeordnet sein können, kann vorteilhaft bereichsweise ein flächiger Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahemplatte erzeugt werden. Damit kann die Größe eines Flächenbereichs der Aufnahmeoberfläche der Aufnahemplatte, an welcher ein Unterdruck erzeugt wird, flexibel an die Größe des zu greifenden Halbzeugs angepasst werden. Die einzelnen Lüftereinrichtungen können beispielsweise mit der Steuerungseinrichtung aktiviert oder deaktiviert werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung kann auch ein Endeffektor zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs vorgesehen, welcher eine elastisch verformbare Aufnahmeplatte zur Anlage an das Halbzeug und einen Tragrahmen aufweist. Weiterhin weist der Endeffektor nach diesem Aspekt der Erfindung mehrere jeweils an der Aufnahmeplatte in einem mehrere Drehachsen aufweisenden ersten Mehrachsen-Loslager und an dem Tragrahmen in einem zumindest eine Drehachse aufweisenden zweiten Mehrachsen-Loslager angelenkte Aktuatoreinrichtung, mittels welcher das erste und das zweite Mehrachsen-Loslager relativ zueinander bewegbar ist. Insbesondere weist der Endeffektor nach diesem Aspekt der Erfindung weiterhin eine Greifeinrichtung zum Halten des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte auf, welche durch einen Flächengreifer und zumindest einen Punktgreifer ausgebildet ist.
Der Flächengreifer und der zumindest eine Punktgreifer können auf eine der oben beschriebenen Arten ausgebildet sein. Auch kann der Endeffektor nach diesem Aspekt der Erfindung zusätzlich zu den in den ersten und zweiten Mehrachsen-Loslagern angelenkten Aktuatoren die oben beschriebene erste Gruppe von Aktuatoren und die Verbindungskomponente aufweisen. Die genannten technischen Vorteile gelten in analoger Weise.
Allgemein kann vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Endeffektor eine Toleranzausgleichsschicht aus einem elastisch verformbaren Material, aufweist, wobei die Toleranzausgleichsschicht an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte zur Aufnahme des Halbzeugs angeordnet ist.
Die Toleranzausgleichsschicht ist an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte zur Aufnahme des Halbzeugs angeordnet. Insbesondere liegt die Toleranzausgleichsschicht mit einer ersten Oberfläche zumindest abschnittsweise an der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte an und weist eine entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche orientierte Kontaktoberfläche auf.
Die Toleranzausgleichsschicht kann insbesondere aus einem Schaummaterial gebildet sein. Ein Schaummaterial bietet den besonderen Vorteil, dass das Schaummaterial luftdurchlässig ist. Damit kann beispielsweise durch die Lüftereinrichtungen ein Ansaugen des Halbzeugs an den Endeffektor, insbesondere an die Toleranzausgleichsschicht durch diese hindurch erfolgen.
Die Toleranzausgleichsschicht kann jedoch auch aus einem Material auf Silikonbasis oder einem ähnlichen elastischen Kunststoffmaterial gebildet sein. In diesem Fall kann die Toleranzausgleichsschicht vorteilhaft Ausnehmungen in Form von Durchgangslöchern aufweisen, durch welche ein Unterdruck, z. B. mittels der Lüftereinrichtungen an der Kontaktoberfläche der Toleranzausgleichsschicht erzeugbar ist.
Auch ist denkbar, dass die Toleranzausgleichsschicht aus einem Naturschwamm-Material oder einem Material auf Mineralbasis, wie z. B. Glaswolle, Steinwolle oder dergleichen, gebildet ist.
Die Toleranzausgleichsschicht kann an der Kontaktoberfläche insbesondere eine Antihafteschichtung aufweisen, wobei die Kontaktoberfläche der Toleranzausgleichsschicht entgegengesetzt zu der Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte gelegen ist, wobei die Toleranzausgleichsschicht bevorzugt eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, die bevorzugt zumindest in der Antihaftbeschichtung ausgebildet sind. Durch die Antihaftbeschichtung wird sichergestellt, dass das Halbzeug zuverlässig von dem Endeffektor gelöst werden kann, beispielsweise durch Abheben desselben von dem Halbzeug. Insbesondere verhindert die Antihaftbeschichtung eine unbeabsichtigtes Haftenbleiben des Halbzeugs an der Toleranzausgleichsschicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Werkzeugsystem zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs, aufweisend einen Endeffektor nach einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen und eine Positioniervorrichtung, wobei die Positioniervorrichtung einen bewegbaren Haltearm aufweist, an welchem der Endeffektor angeordnet ist. Die Positioniervorrichtung kann beispielsweise als ein Industrieroboter ausgebildet sein, der insbesondere eine Basis und einen Manipulator mit dem Haltearm aufweisen kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs mit den folgenden Schritten: Krümmen des mit einer ersten Oberfläche an einer elastisch verformbaren Aufnahmeplatte eines Endeffektors gehaltenen Halbzeugs in zumindest einer Krümmungsrichtung derart, dass das Halbzeug an einer entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche orientierten zweiten Oberfläche einen Scheitelpunkt aufweist; Anlegen des Scheitelpunkts des Halbzeugs auf eine Ablageoberfläche; und von dem Scheitelpunkt aus sukzessives Anlegen der zweiten Oberfläche des Halbzeugs an die Ablageoberfläche.
Die Ablageoberfläche kann insbesondere durch eine Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeugs gebildet sein. Auch kann die Ablageoberfläche durch die Oberfläche eines bereits abgelegten weiteren Halbzeugs gebildet sein.
Der Scheitelpunkt des Halbezugs kann beispielsweise durch den Flächenschwerpunkt der zweiten Oberfläche des Halbzeugs gegeben sein. Auch ist denkbar, den Scheitelpunkt als denjenigen Punkt der zweiten Oberfläche zu definieren, der zu dem Massenmittelpunkt des Halbzeugs in dem gekrümmten Zustand den kleinsten Abstand aufweist. Insbesondere kann der Scheitelpunkt auf einer Schnittlinie einer Symmetrieebene des Halbzeugs mit der zweiten Oberfläche des Halbzeugs liegen. Insbesondere bevorzugt kann der Scheitelpunkt auf einem Schnittpunkt zweiter Schnittlinien von Symmetrieebenen des Halbzeugs mit der zweiten Oberfläche liegen.
Das Anlegen bzw. Abstreifen kann insbesondere in mehreren Richtungen von dem Scheitelpunkt weg erfolgen. Bei einer zylindrischen Krümmung des Halbzeugs kann das sukzessive Anlegen von dem Scheitelpunkt aus, welcher in diesem Fall als eine Scheitellinie zu bezeichnen ist, beispielsweise in entgegengesetzten Richtungen an entlang der Scheitellinie verlaufenden Kontaktlinien von der Scheitellinie weg erfolgen. Bei einer sphärischen Krümmung des Halbzeugs kann das sukzessive Anlegen von dem Scheitelpunkt aus beispielsweise kreisförmig von dem Scheitelpunkt weg erfolgen.
Das sukzessive Anlegen von dem Scheitelpunkt aus hat allgemein den Vorteil, dass in kurzer Zeit große Flächen angelegt werden können, da verschiedene Bereiche der zweiten Oberfläche des Halbzeugs gleichzeitig an die Ablageoberfläche angelegt werden können. Weiterhin werden auf diese Weise Lufteinschlüsse zwischen der Ablageoberfläche und der zweiten Oberfläche des Halbzeugs zuverlässig verhindert.
Das Verfahren kann bevorzugt mit einem Endeffektor nach einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen erfolgen.
Insbesondere kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass das Krümmen des Halbzeugs dadurch erfolgt, dass zumindest eine Aktuatoreinrichtung einer ersten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen, welche an der Aufnahmeplatte in einem ersten nur eine Drehachse aufweisenden ersten Einachsen-Loslager und in einem nur eine Drehachse aufweisenden zweiten Einachsen-Loslager an einem Tragrahmen (20) des Endeffektors angelenkt ist, das erste und das zweite Einachsen-Loslager relativ zueinander bewegt und eine Verbindungskomponente an der Aufnahmeplatte (10) in einem ersten Festlager und an dem Tragrahmen in einem zweiten Festlager angelenkt ist.
Das sukzessive Anlegen der zweiten Oberfläche des Halbzeugs von dem Scheitelpunkt aus kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Aktuatoreinrichtungen des Endeffektors derart betätigt werden, dass die den seitlich des Scheitelpunkts gelegenen ersten Einachsen-Loslagern und/oder ersten Mehrachsen-Loslagern und/oder des Festlagers zugeordneten Aktutoreinrichtungen den Abstand zwischen den genannten ersten Lagern und dem jeweils zugehörigen zweiten Lager vergrößern. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das sukzessive Anlegen der zweiten Oberfläche des Halbzeugs von dem Scheitelpunkt aus auch dadurch erfolgen, dass das Halbzeug an einer Toleranzausgleichsschicht des Endeffektors anliegt und die Anpresskraft, mit welcher die Aufnahmeplatte des Endeffektors das Halbzeug an die Anlageoberfläche anpresst vergrößert wird. Dadurch wird eine Dicke der Toleranzausgleichsschicht verringert und die zweite Oberfläche des Halbzeugs wird von dem Scheitelpunkt aus sukzessive angelegt. Die Anpresskraft kann beispielsweise dadurch aufgebracht werden, dass die Aktuatoreinrichtungen den Abstand zwischen den ersten und zweiten Lagern vergrößern oder dadurch, dass der Endeffektor insgesamt in Richtung der Ablagefläche bewegt wird.
Vorteilhaft kann auch vorgesehen sein, dass das Halbzeug über eine Umfangskante der Aufnahmeplatte des Endeffektors mit einer Überstandslänge übersteht und das Krümmen des Halbzeugs derart erfolgt, dass die erste Krümmungsrichtung sich quer zu der Überstandslänge erstreckt. Auf diese Weise wird durch die Krümmung des Halbzeugs dessen Flächenträgheitsmoment vergrößert, wodurch verhindert wird, dass der Überstand infolge seines Eigengewichts ungewollt durchhängt. Damit können auch sehr große Halbzeuge mit einem relativ kleinen Endeffektor gehandhabt werden.
Unter einem „flächigen Halbzeug” wird hierin allgemein eine sich flächig erstreckende Komponente angesehen, die zur Ausbildung eines Bauteils vorgesehen ist, insbesondere eine Komponente mit einem Umfangsrand, welcher eine Oberfläche mit vernachlässigbaren Flächeninhalt, beispielsweise kleiner oder gleich 15 Prozent, insbesondere kleiner 10 Prozent und insbesondere bevorzugt kleiner 5 Prozent, verglichen mit einem Flächeninhalt von zwei entgegengesetzt orientierten Hauptflächen der Komponente aufweist, wobei die Komponente insbesondere ein Flächenträgheitsmoment aufweist, welches so gering ist, wobei die Komponente insbesondere aus einem metallischen Material, einem Fasermaterial, einem Faserverbundmaterial, einem Kunststoffmaterial oder dergleichen gebildet sein kann. Das flächige Halbzeug kann insbesondere biegeschlaff sein. Insbesondere kann das flächige Halbzeug Aussparungen, Öffnungen und dergleichen oder eine streifenartige Gestalt aufweisen.
Unter dem Begriff „biegeschlaff” wird hierin allgemein die Eigenschaft einer Komponente oder Struktur verstanden, wonach die Komponente oder Struktur bei einer punktförmigen Lagerung in deren Schwerpunkt eine Durchbiegung aufgrund deren Eigengewicht erfährt.
Unter dem „Handhaben” eines Halbzeugs werden hierin allgemein Schritte der Bearbeitung des Halbzeugs verstanden, insbesondere ein Aufnehmen, Ablegen, Umformen oder ein Ändern der Orientierung oder Lage desselben verstanden, insbesondere sind hiervon auch die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst.
Hierin wird unter einem „Faserwerkstoff” oder einem „Fasermaterial” allgemein ein Werkstoff verstanden, der aus einer Vielzahl von fadenförmigen Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Kohle-, Glas-, Keramik-, Aramid-, Bor-, Mineral-, Natur- oder Kunststofffasern oder Mischungen aus diesen gebildet ist. Der Faserwerkstoff kann insbesondere auch mit einem Harz- oder Matrixmaterial wie z. B. einem duroplastischen, thermoplastischen, elastomeren Harz oder allgemein ein Kunststoffharz oder dergleichen imprägniert sein.
In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „entlang” einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von kleiner oder gleich 45 Grad, bevorzugt kleiner oder gleich 30 Grad und insbesondere bevorzugt parallel zueinander verlaufen.
In Bezug auf Richtungsangaben und Achsen, insbesondere auf Richtungsangaben und Achsen, die den Verlauf von physischen Strukturen betreffen, wird hierin unter einem Verlauf einer Achse, einer Richtung oder einer Struktur „quer” zu einer anderen Achse, Richtung oder Struktur verstanden, dass diese, insbesondere die sich in einer jeweiligen Stelle der Strukturen ergebenden Tangenten jeweils in einem Winkel von größer oder gleich 45 Grad, bevorzugt größer oder gleich 60 Grad und insbesondere bevorzugt senkrecht zueinander verlaufen.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Endeffektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Endeffektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Endeffektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Toleranzausgleichsschicht des Endeffektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Aufnahmeplatte des Endeffektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Aufnahmeplatte des Endeffektors gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Ausgangssituation eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 einen ersten Schritt des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 einen weiteren Schritt des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 eine Situation am Ende des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 eine Detailansicht des in 9 dargestellten Schritts des Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 einen auf den in 11 dargestellten Schritt folgenden Schritt des weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens;
13 eine Situation am Ende des weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
14 einen ersten Schritt eines anderen weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und
15 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt beispielartig eine schematische Ansicht eines Endeffektors 1 zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, weist der Endeffektor eine Aufnahmeplatte 10 zur Anlage an das Halbzeug 2 auf. Die Aufnahmeplatte 10 ist insbesondere elastisch verformbar. Hierzu kann die Aufnahmeplatte 10, wie in den Figuren gezeigt, als dünne Platte aus einem elastisch verformbaren Material, wie beispielsweise einem Metall- oder Kunststoffmaterial, gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Aufnahmeplatte 10 aus einer Vielzahl von Kacheln zusammengesetzt ist, die untereinander jeweils gelenkig oder durch elastisch verformbare Elemente verbunden sind (nicht gezeigt). Die Aufnahmeplatte 10 ist als ein sich flächig erstreckendes Bauteil mit einer Rückoberfläche 10a und einer entgegengesetzt zu dieser orientierten Aufnahmeoberfläche 10b zur Aufnahme des Halbzeugs 2 ausgebildet.
Die Aufnahmeplatte 10 kann beispielsweise eine rechteckförmige Platte sein, wie dies in den 1 bis 5 beispielartig gezeigt ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Aufnahmeplatte 10 eine dreieckförmige oder polygonische Gestalt aufweist. Auch kann die Aufnahmeplatte 10 eine runde, z. B. kreisförmige oder elliptische Gestalt aufweisen.
Wie in 1 weiterhin gezeigt ist, weist der Endeffektor 1 einen Tragrahmen 20 auf. Dieser ist auf der Seite der Rückoberfläche 10a der Aufnahmeplatte angeordnet. Wie in 1 gezeigt kann der Tragrahmen 20 mehrere Längsstreben 21 und zumindest zwei an entgegengesetzten Enden der Längsstreben 22 angeordnete Querstreben 22 aufweisen. Wie in 2 gezeigt ist, kann der Tragrahmen 20 auch zwischen den Enden der Längsstreben 21 angeordnete weitere Querstreben 22 aufweisen. Weiterhin kann der Tragrahmen 20 eine Kopplungseinrichtung 24 zur Verbindung des Tragrahmens 20 mit einer Positioniervorrichtung (in 2 nicht gezeigt) eines Werkzeugsystems 100 aufweisen. Die Kopplungseinrichtung 24 kann beispielsweise an einer der Längsstreben 21 oder einer der Querstreben 22 oder an einem nicht dargestellten Befestigungsbalken des Tragrahmens 20 fixiert sein. Die Kopplungseinrichtung 24 kann auch an einer der Längsstreben 21 oder einer der Querstreben 22 angeordnet sein. Der Tragrahmen 20 ist insbesondere als eine biegesteife Struktur ausgebildet.
Der Endeffektor 1 weist weiterhin eine an der Aufnahmeplatte 10 in einem ersten Festlager 41 und an dem Tragrahmen 20 in einem zweiten Festlager 42 angelenkte Verbindungskomponente 40 auf. Das erste Festlager 41 kann insbesondere eine feste Einspannung der Verbindungskomponente 40 an der Aufnahmeplatte 10 bilden. Das zweite Festlager 42 kann insbesondere eine feste Einspannung der Verbindungskomponente 40 an dem Tragrahmen 10 bilden. Dies hat den Vorteil, dass ein Verdrehung der Aufnahmeplatte 10 gegenüber dem Tragrahmen 20 zuverlässig verhindert wird. Auf diese Weise kann die Aufnahmeplatte 10 und damit ein an dieser gehaltenes Halbzeug 2 besonders präzise positioniert werden.
Die Verbindungskomponente 40 kann als eine Aktuatoreinrichtung 30, 43 ausgebildet sein, wie dies beispielartig in den 1 und 2 dargestellt ist. In diesem Fall sind die Festlager 41, 42 mittels der Aktuatoreinrichtung 30, 43 relativ zueinander bewegbar. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Verbindungskomponente 40 als ein nicht-längenveränderliches Bauteil, wie beispielsweise ein Balken, ein Block, ein Rohr oder dergleichen ausgebildet ist. Dies ist beispielartig schematisch in 3 gezeigt.
Der Endeffektor 1 weist weiterhin eine erste Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30 auf. Die erste Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30 besteht aus zumindest einer an der Aufnahmeplatte 10 in einem nur eine Drehachse D51 aufweisenden ersten Einachsen-Loslager 51 und an dem Tragrahmen 20 in einem nur eine Drehachse D52 aufweisenden zweiten Einachsen-Loslager 52 angelenkten Aktuatoreinrichtung 30, 31; 30; 32, 30; 33, mittels welcher das erste Einachsen-Loslager 51 und das zweite Einachsen-Loslager 52 relativ zueinander bewegbar ist.
Die erste Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30 weist damit sämtliche Aktuatoreinrichtungen 30 des Endeffektors 1 auf, welche durch ein Einachsen-Loslager 51, 52 mit nur einer Drehachse D51, D52 an den Tragrahmen 20 und die Aufnahmeplatte 10 angelenkt sind. Bei den in den 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen sind dies die Aktuatorvorrichtungen 31, 32 und 33.
Die ersten Einachsen-Loslager 51 und die zweiten Einachsen-Loslager 52 sind jeweils derart ausgebildet, dass diese jeweils lediglich eine Drehung um eine einzige Drehachse D51 bzw. D52 zulassen. In den 1 und 3 ist dies schematisch durch Strichpunktlinien angedeutet. Die Einachsen-Loslager 51, 52 können beispielsweise, wie in 2 gezeigt ist, dadurch gebildet sein, dass an der Aktuatoreinrichtung 30 jeweils ein Bolzen befestigt ist, der in Ausnehmungen von ortsfest an der Aufnahmeplatte 10 bzw. dem Tragrahmen 20 angeordneten Laschen um eine jeweilige Drehachse drehbar gelagert ist. Die Einachsen-Loslager 51, 52 können beispielsweise auch durch Scharniere oder dergleichen ausgebildet sein.
Die Aktuatoreinrichtungen 31, 32, 33 der ersten Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30 können beispielsweise als Linearaktuatoren ausgebildet sein, wie dies schematisch in den 1 und 3 gezeigt ist. Die Linearaktuatoren können allgemein als teleskopische Komponenten ausgebildet sein, die in ihrer Länge veränderbar sind, wie beispielsweise Pneumatik- oder Hydraulikzylinder. Es ist auch denkbar, dass die Aktuatoreinrichtungen 30 als Spreizaktuatoren ausgebildet sind, die ein erstes Teil und ein mit diesem gelenkig verbundenes zweites Teil aufweisen, wobei ein Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Teil mittels eines Antriebsmotors oder dergleichen vergrößerbar ist. Allgemein sind die Aktuatoreinrichtungen 30 dazu ausgebildet, einen Abstand, insbesondere einen sich ergebenden kürzest möglichen Abstand, zwischen dem ersten und dem zweiten Einachsen-Loslager 51, 52 zu vergrößern oder zu verkleinern. Durch die Änderung des Abstands zwischen den Einachsen-Loslagern 51, 52 und gegebenenfalls durch die Änderung des Abstands zwischen den Festlagern 41, 42 erfolgt eine Verformung der Aufnahmeplatte 10. Insbesondere wird die Aufnahmeplatte 10 relativ zu dem steifen Tragrahmen 20 bewegt bzw. verformt. Diese Ausführungen gelten in analoger Weise auch für im Folgenden noch beschriebene Aktuatoreinrichtungen 30, 34; 30, 35; 30, 36; 30, 37; 30, 38 einer zweiten Gruppe B2 von Aktuatoreinrichtungen 30 sowie für die gegebenenfalls die Verbindungskomponente 40 bildende Aktuatoreinrichtung 43.
Durch den vorbeschriebenen Aufbau des Endeffektors 1 mit einer Kopplung der Aufnahmeplatte 10 an den Tragrahmen 20 durch eine in Festlagern 41, 42 angelenkte Verbindungskomponente 40 und zumindest eine in Einachsen-Loslagern 51, 52 mit nur einer Drehachse D51, D52 angelenkte Aktuatoreinreichtung 30 wird einerseits eine Verdrehung der Aufnahmeplatte 10 gegenüber dem Tragrahmen 20 zuverlässig verhindert. Weiterhin wird auf diese Weise eine sehr präzise Verformung der Aufnahmeplatte 10 ermöglicht, da eine Krümmung beispielsweise durch die Ausrichtung der Drehachsen D51, D52 der Einachsen-Loslager 51, 52 präzise definierbar ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass sich die Drehachsen D51, D52 der Einachsen-Loslager 51, 52 entlang einer Umfangskante 11 der Aufnahmeplatte 10 erstrecken. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich beispielsweise die Drehachsen D51, D51A und D52, 52A des ersten und des zweiten Einachsen-Loslagers 51, 51A und 52, 52A entlang des Umfangsabschnitts 11A des Umfangsrands 11 der Aufnahmeplatte 10, die Drehachsen D51, 51B und D52, 52B der ersten und der zweiten Einachsen-Loslagers 51, 51B und 52, 52B entlang des Umfangsabschnitts 11B bzw. 11C des Umfangsrands 11 der Aufnahmeplatte 10.
Allgemein kann vorgesehen sein, die erste Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30 zumindest eine erste Aktuatoreinrichtung 30, 31 und zumindest eine zweite Aktuatoreinrichtung 30, 32; 30, 33 aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass sich die Drehachsen D51, D51A, D52, D52A der Einachsen-Loslager 51, 51A, 52, 52A, durch welche die erste Aktuatoreinrichtung 30, 31 an der Aufnahmeplatte 10 und an dem Tragrahmen 20 angelenkt ist, quer zu den Drehachsen D51, D51B, D52, D52B der Einachsen-Loslager 51, 51B, 52, 52B erstrecken, durch welche die zweite Aktuatoreinrichtung 30, 32; 30, 33 an der Aufnahmeplatte 10 und an dem Tragrahmen 20 angelenkt ist.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Aktuatoreinrichtung 31 die erste Aktuatoreinrichtung 30, 31 der ersten Gruppe B1 und die Aktuatoreinrichtungen 32, 33 bilden jeweils die zweiten Aktuatoreinrichtungen 30, 32; 30, 33 der ersten Gruppe B1. Wie in 1 weiterhin gezeigt, erstrecken sich die Drehachsen D51, D51A, D52, D52A der Einachsen-Loslager 51, 51A, 52, 52A, durch welche die erste Aktuatoreinrichtung 30, 31 an die Aufnahmeplatte 10 und den Tragrahmen 20 angelenkt ist, quer zu den Drehachsen D51, D51B, D52, D52B der Einachsen-Drehlager 51, 51B, 52, 52B durch welche die zweiten zweite Aktuatoreinrichtungen 30, 32; 30, 33 an die Aufnahmeplatte 10 und den Tragrahmen 20 angelenkt sind.
Die Einachsen-Loslager 51, 51A, 51B, durch welche die ersten und die zweiten Aktuatoreinrichtungen an die Aufnahmeplatte 10 angelenkt sind, können beispielsweise in Reihen an der Aufnahmeplatte 10 angeordnet sein, wie in 5 beispielartig gezeigt ist. Demnach kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Reihe von ersten Einachsen-Loslagern 51, 51A entlang einer ersten Linie R1 an der Aufnahmeplatte 10 angeordnet ist, wie dies beispielartig in 5 gezeigt ist, deren Drehachsen D51, D51A sich entlang dem Umfangsabschnitt 11A erstrecken. Weiterhin kann eine Reihe von zweiten Einachsen-Loslagern 51, 51B entlang einer zweiten Linie R2 an der Aufnahmeplatte 10 angeordnet ist, deren Drehachsen D51, D51B sich entlang dem Umfangsabschnitt 11B bzw. 11C erstrecken, insbesondere jedoch quer zu den Drehachsen D51, D51A der ersten Einachsen-Loslager 51, 51A. Die Linien R1 und R2 können beispielsweise quer zueinander verlaufen, wie in 5 beispielartig gezeigt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die die Linien R1 und R2 entlang von herzustellenden Hauptkrümmungsrichtungen des Halbzeugs 2 verlaufen. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das erste Festlager 41 im Bereich eines Kreuzungspunkts der Linien R1, R2 angeordnet ist, wie dies in 5 beispielartig gezeigt ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass lediglich eine einzige Reihe von ersten Einachsen-Loslagern 51, 51A, z. B. entlang der ersten Linie R1, an der Aufnahmeplatte 10 angeordnet ist oder dass lediglich eine Reihe von zweiten Einachsen-Loslagern 51, 51B, z. B. entlang der zweiten Linie R2 an der Aufnahmeplatte 10 angeordnet ist. In beiden Fällen kann das Festlager 41 bevorzugt in der jeweiligen Reihe von Einachsen-Loslagern 51, 51A, 51B angeordnet sein.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, kann der Endeffektor 1 zusätzlich zu der ersten Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30 eine zweite Gruppe B2 von Aktuatoreinrichtungen 30 aufweisen. Die zweite Gruppe B2 von Aktuatoreinrichtungen 30 besteht aus zumindest einer an der Aufnahmeplatte 10 in einem mehrere Drehachsen aufweisenden ersten Mehrachsen-Loslager 61 und an dem Tragrahmen 20 in einem zumindest eine Drehachse aufweisenden zweiten Mehrachsen-Loslager 62 angelenkten Aktuatoreinrichtung 30, 34; 30, 35; 30, 36; 30, 37; 30, 38 mittels welcher das erste und das zweite Mehrachsen-Loslager 61, 62 relativ zueinander bewegbar sind. In Bezug auf die Aktuatoreinrichtungen 30, 34; 30, 35; 30, 36; 30, 37; 30, 38 der zweiten Gruppe B2 gelten die obigen Ausführungen zu den Aktuatoreinrichtungen 30 der ersten Gruppe B1 in analoger Weise.
Die Mehrachsen-Loslager 61, 62 können beispielsweise als Kardanlager mit zwei quer zueinander verlaufenden Drehachsen, als Kugelgelenke oder dergleichen ausgebildet sein. Allgemein lässt das erste Mehrachsen-Loslager 61 eine Drehung um mehrere Drehachsen zu und weisen damit mehr als einen Freiheitsgrad auf. Auch bei dem zweiten Mehrachsen-Loslager 61, 62 kann vorgesehen sein, dass diese eine Drehung um mehrere Drehachsen zulässt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass das zweite Mehrachsen-Loslager 62 lediglich eine Drehung um eine Drehachse zulässt, welche sich insbesondere entlang der Drehachsen eines der zweiten Einachsen-Loslager 52 erstrecken kann. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Verdrehen der Aufnahmeplatte 10 gegenüber dem Tragrahmen 20 geschaffen.
Wie beispielartig in 2 dargestellt ist, können die ersten Mehrachsenloslager 61, die ersten Einachsen-Loslager 51 und das erste Festlager 41 matrixartig oder allgemein gleichmäßig über die Rückoberfläche 10a der Aufnahmeplatte 10 verteilt sein. Es sind jedoch auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar, wie dies beispielartig in den 1, 3 und 5 schematisch gezeigt ist.
Zum Halten des Halbzeugs 2 an der Aufnahmeplatte 10 kann der Endeffektor 1 eine Greifeinrichtung 65 aufweisen. Die Greifeinrichtung 65 kann insbesondere durch Punktgreifer, insbesondere durch zumindest einen Unterdruckgreifer 70 gebildet sein, welcher an der Aufnahmeplatte 10 angeordnet ist. Die Unterdruckgreifer 70 können beispielsweise an eine Pump- oder Saugeinrichtung (nicht dargestellt) angeschlossen sein, mit welcher an einer an der Aufnahmeoberfläche 10a der Aufnahmeplatte 10 angeordneten Öffnung des Unterdruckgreifers 70 ein Unterdruck erzeugbar ist, durch welchen das Halbzeug 2 an der Aufnahmeplatte gehalten wird. Bevorzugt können die Punktgreifer matrixförmig angeordnet sein, wie dies beispielartig für die Unterdruckgreifer 70 in 6 gezeigt ist. Besonders bevorzugt können die Unterdruckgreifer 70 einzeln aktiviert oder deaktiviert werden, beispielsweise durch die in 1 beispielartig gezeigte Steuerungseinrichtung 95.
Die Greifeinrichtung 65 alternativ oder zusätzlich zu den Punktgreifern einen Flächengreifer aufweisen. Wie in den 2 und 6 gezeigt ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Aufnahmeplatte 10 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 12 aufweist, die sich zwischen der Rückoberfläche 10a der Aufnahmeplatte 10 und der Aufnahmeoberfläche 10b der Aufnahmeplatte 10 erstrecken. Auf der Seite der Rückoberfläche 10a ist zumindest eine Lüftereinrichtung 80 angeordnet, wie dies beispielartig in 2 gezeigt ist, mittels derer durch die Durchgangslöcher 12 ein Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche 10b zum Halten des Halbzeugs 2 an der Aufnahmeplatte 10 erzeugbar ist.
Die Lüftereinrichtungen 80 können insbesondere als Ventilatoren ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Lüftereinrichtungen 80 an dem Tragrahmen 20 befestigt. Dies hat den Vorteil, dass das Eigengewicht der Lüftereinrichtungen 80 nicht auf der Aufnahmeplatte 10 lastet, wodurch eine ungewünschte Verformung der Aufnahmeplatte 10 durch die Lüftereinrichtungen 80 vermieden wird.
Wie in den 2 und 6 beispielartig gezeigt ist, kann die Aufnahmeplatte 10 als Lochplatte mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 12 ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass durch die Lüftereinrichtungen 80 ein flächiger Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche 10b erzeugbar ist. Dadurch wird eine zuverlässige schwimmende Lagerung des Halbzeugs 2 an der Platte ermöglicht, die auch bei einer Verformung des Halbzeugs 2 eine sichere Halterung des Halbzeugs 2 an der Aufnahmeplatte 10 gewährleistet.
Vorteilhaft kann zusätzlich zu den Lüftereinrichtungen 80 eine elastisch verformbare Folie 81 vorgesehen sein, die luftdicht mit dem Tragrahmen 20 und der Aufnahmeplatte 10 derart verbunden ist, dass die Folie 81 eine Seitenwandung einer Unterdruckkammer 82 bildet, welche mittels der zumindest einen Lüftereinrichtung 80 evakuierbar ist. Eine Unterdruckkammer 82 ist somit zumindest einer Lüftervorrichtung 80 zugeordnet, das heißt, die Folie 81 umschließt an einem ersten der Lüftereinrichtung 80 zugewandten ersten Endabschnitt 81A luftdicht zumindest eine Lüftereinrichtung 80, insbesondere einen Luftansaugabschnitt derselben, und ist an einem entgegengesetzt zu dem ersten Endabschnitt 81A gelegenen zweiten Endabschnitt 81B luftdicht mit der Aufnahmeplatte 10 verbunden. Insbesondere erstreckt sich die Folie 81 in einem Bereich zwischen dem Tragrahmen 20 und der Aufnahmeplatte 10. Ein sich zwischen dem Tragrahmen 20 und der Aufnahmeplatte 10 ersteckender Zwischenraum Z weist daher die Unterdruckkammer 82 auf.
Der Endeffektor 1 kann weiterhin eine Toleranzausgleichsschicht 90 aus einem elastisch verformbaren Material aufweisen, wie dies schematisch in 3 gezeigt ist. Die Toleranzausgleichsschicht 90 kann beispielsweise aus einem Schaummaterial, einem Material auf Silikonbasis oder einem ähnlichen Kunststoffmaterial oder einem Naturschaum-Material oder einem Material auf Mineralbasis gebildet sein. Die Toleranzausgleichsschicht 90 ist an der Aufnahmeoberfläche 10b der Aufnahmeplatte 10 zur Aufnahme des Halbzeugs 2 angeordnet. Insbesondere liegt die Toleranzausgleichsschicht 90 mit einer ersten Oberfläche 90a zumindest abschnittsweise an der Aufnahmeoberfläche 10a der Aufnahmeplatte 10 an. Eine entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 90a orientierte Kontaktoberfläche 90b bildet in diesem Fall eine Anlagefläche zur flächigen Anlage an das Halbzeug 2.
Durch die elastische Verformbarkeit der Toleranzausgleichsschicht 90 können kleinere Ungenauigkeiten einer durch Betätigung der Aktuatoreinrichtungen 30 erfolgten Verformung des Halbzeugs 2 ausgeglichen werden. Dies spielt insbesondere beim Ablegen des Halbzeugs 2 auf eine Oberfläche eine Rolle. In dem Fall, dass das Halbzeug 2 beispielsweise an einer Stelle eine andere als die gewünschte Krümmung aufweist, kann dies dadurch ausgeglichen werden, dass der Endeffektor 1 das Halbzeug 2 mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Oberfläche drückt. Die Nachgiebigkeit der Toleranzausgleichsschicht 90 erlaubt dabei eine weitere Verformung des Halbzeugs 2 und somit eine Anpassung an den Verlauf der Oberfläche.
Eine aus einem Schaummaterial gebildete Toleranzausgleichsschicht 90 bietet den besonderen Vorteil, dass das Schaummaterial luftdurchlässig ist. Damit kann beispielsweise durch die Lüftereinrichtungen 80 ein Ansaugen des Halbzeugs 2 an den Endeffektor 1, insbesondere an die Kontaktoberfläche 90b der Toleranzausgleichsschicht 90 durch diese hindurch erfolgen.
Für den Fall, dass das Material der Toleranzausgleichsschicht 90 nicht luftdurchlässig ist, kann es vorteilhaft sein, wenn die Toleranzausgleichsschicht 90 eine Vielzahl von Ausnehmungen 91 aufweist, die in diesem Fall als Durchgangslöcher ausgebildet sind.
Die Toleranzausgleichsschicht 90 kann an der Kontaktoberfläche 90a weiterhin eine Antihaftbeschichtung aufweisen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Endeffektor 1 zum Handhaben von Halbzeugen 2 aus einem mit einem Harzmaterial vorimprägnierten Fasermaterial, sogenannten Prepreg-Matten, verwendet wird. Auf diese Weise wird ein unerwünschtes Haften des Halbzeugs 2 an der Kontaktoberfläche 90a verhindert. Falls die Antihaftbeschichtung nicht luftdurchlässig ist, kann die Toleranzausgleichsschicht 90 ebenfalls eine Vielzahl von Ausnehmungen 91 aufweisen. In diesem Fall können die Ausnehmungen 91 ebenfalls als Durchgangslöcher ausgebildet sein, die sich durch die gesamte Toleranzausgleichsschicht 90 hindurch erstrecken. Es kann jedoch auch ausreichend sein, beispielsweise wenn die Toleranzausgleichsschicht 90 aus einem luftdurchlässigen Material gebildet ist, wenn die Ausnehmungen 91 lediglich als Öffnungen der Antihaftbeschichtung ausgebildet sind.
Falls zur Halterung des Halbzeugs 2 lediglich Unterdruckgreifer 70, beispielsweise Vakuumgreifer, vorgesehen sind, können diese an der Kontaktoberfläche 90b der Toleranzausgleichsschicht 90 angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Toleranzausgleichsschicht 90 Ausnehmungen (nicht gezeigt) aufweist, in denen die Unterdruckgreifer 70 angeordnet sind.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, kann der Endeffektor 1 eine Steuerungseinrichtung 95 aufweisen, mittels derer jede Aktuatoreinrichtung 30 einzeln betätigbar ist. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung 95 eine Funktion 96, z. B. in Form eines Softwareprogramms, aufweisen die als Input ein Kommandosignal 97 erhält, das beispielsweise von einem Benutzer manuell eingegeben wird. Auf Basis des Kommandosignals 97 erzeugt die Funktion 96 ein Betätigungsignal 98 für jede der Aktuatoreinrichtungen 30 oder für Gruppen der Aktuatoreinrichtungen 30 zur Betätigung derselben. Die Aktuatoreinrichtungen 30 stellen dann jeweils einen Abstand zwischen den ersten und dem zweiten Einachsen-Loslagern 51, 52, gegebenenfalls zwischen dem ersten und dem zweiten Festlager 41, 42 und optional auch zwischen den ersten und den zweiten Mehrachsen-Loslagern 61, 62 ein.
15 zeigt beispielartig ein Werkzeugsystem 100 zum Handhaben des flächigen Halbzeugs 2. Das Werkzeugsystem 100 weist den oben beschriebenen Endeffektor 1 und eine Positioniervorrichtung auf. Die Positioniervorrichtung kann beispielweise durch einen Industrieroboter gebildet sein. Insbesondere weist die Positioniervorrichtung einen bewegbaren Haltearm aufweist, an welchem der Endeffektor 1 angeordnet ist. Der Haltearm kann insbesondere einen Kopplungsabschnitt aufweisen, an welchem die Kopplungseinrichtung 24 des Endeffektors 1 gelagert, beispielsweise drehbar gelagert, ist.
Die 7 bis 10 illustrieren beispielartig den Ablauf eines Verfahren zum Handhaben des flächigen Halbzeugs 2. Das Verfahren wird hierin unter Bezugnahme auf die zuvor beschriebenen Endeffektor 1 beschrieben. Die Komponenten des Endeffektors 1 sind, soweit nichts anderes angegeben ist, auf die oben beschriebene Weise ausgebildet.
7 zeigt die Ausgangssituation des Verfahrens. Das Halbzeug 2 ist mit einer ersten Oberfläche 2a an der elastisch verformbaren Aufnahmeplatte 10 des Endeffektors 1 gehalten. Insbesondere liegt die erste Oberfläche 2a zumindest abschnittsweise an der Aufnahmeoberfläche 10a der Aufnahmeplatte 10 an. Falls an der Aufnahmeplatte 10 eine Toleranzausgleichsschicht 90 vorgesehen ist, wie oben beschrieben wurde, liegt die erste Oberfläche 2a des Halbzeugs 2 an der Kontaktoberfläche 90b der Toleranzausgleichsschicht 90 an. In beiden Fällen ist es bevorzugt, wenn ein möglichst großer Anteil der Kontaktfläche 90b bzw. der Aufnahmeoberfläche 10a an der ersten Oberfläche 2a des Halbzeugs 2 anliegt. Das Halbzeug 2 kann beispielsweise mittels eines oben beschriebenen Unterdruckgreifers 70 und/oder durch Lüftereinrichtungen 80, welche das Halbzeug 2 durch Ausnehmungen 12 der Aufnahmeplatte 10 ansaugt, gehalten sein.
Im Unterschied zu der Darstellung in 7 kann das Halbzeug 2 in der Ausgangssituation des Verfahrens bereits eine Krümmung aufweisen. In diesem Fall ist an der Aufnahmeplatte 10 des Endeffektors 1 eine entsprechende Krümmung eingestellt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Endeffektor 1 das Halbzeug 2 aus einer Lagerungsvorrichtung (nicht gezeigt) aufnimmt, in welcher das Halbzeug 2 bereits mit einer Krümmung gelagert ist.
In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Krümmen des an der elastisch verformbaren Aufnahmeplatte 10 gehaltenen Halbzeugs 2, wie dies beispielartig in 8 gezeigt ist. Das Krümmen erfolgt insbesondere in zumindest einer Krümmungsrichtung derart, dass das Halbzeug 2 an einer entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 2a orientierten zweiten Oberfläche 2b einen Scheitelpunkt S aufweist. Falls das Halbzeug 2 in der Ausgangssituation des Verfahrens bereits gekrümmt vorlag, entspricht das Krümmen des Halbzeugs 2 einem weiteren Krümmen desselben.
Das Krümmen des Halbzeugs 2 kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die zumindest eine Aktuatoreinrichtung 30, 31; 30, 32; 30, 33 der ersten Gruppe B1 von Aktuatoreinrichtungen 30, welche an der Aufnahmeplatte 10 in dem ersten nur eine Drehachse D51, 51A, 51B aufweisenden ersten Einachsen-Loslager 51, 51A, 51B und in dem nur eine Drehachse D52, 52A, D52B aufweisenden zweiten Einachsen-Loslager 52, 52A, 52B an dem Tragrahmen 20 des Endeffektors 1 angelenkt ist, das erste und das zweite Einachsen-Loslager 51, 52 relativ zueinander bewegt. Dadurch wird der Abstand zwischen dem Tragrahmen 20 und der Aufnahmeplatte 10 an der Stelle der Aktuatoreinrichtung 30 verändert und es erfolgt eine Verformung der Aufnahmeplatte 10. Die an der Aufnahmeplatte 10 in einem ersten Festlager 41 und an dem Tragrahmen 20 in einem zweiten Festlager 42 angelenkte Verbindungskomponente 40 kann, falls diese als Aktuatoreinrichtung 30, 43 ausgebildet ist, ebenfalls den Abstand zwischen erstem und zweitem Festlager 41, 42 verändern und damit eine Verformung der Aufnahmeplatte 10 bewirken.
Der Scheitelpunkt S des Halbezugs 2 kann beispielsweise durch den Flächenschwerpunkt der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs 2 gegeben sein. Auch ist denkbar, den Scheitelpunkt als denjenigen Punkt der zweiten Oberfläche 2b zu definieren, der zu dem Massenmittelpunkt des Halbzeugs 2 in dem gekrümmten Zustand den kleinsten Abstand aufweist. Insbesondere kann der Scheitelpunkt S auf einer Schnittlinie einer Symmetrieebene des Halbzeugs 2 mit der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs liegen. Insbesondere bevorzugt kann der Scheitelpunkt S auf einem Schnittpunkt zweiter Schnittlinien von Symmetrieebenen des Halbzeugs 2 mit der zweiten Oberfläche 2b liegen.
Die Krümmung kann bei einer herzustellenden konvexen Krümmung der zweiten Oberfläche 2b Halbzeugs 2 insbesondere mit einem ersten Krümmungsradius K1 derart erfolgen, dass der erste Krümmungsradius K1 kleiner ist als der Krümmungsradius einer Ablageoberfläche, auf welche das Halbzeug 2 in den folgenden Schritten des Verfahrens abgelegt werden soll, beispielsweise wie in 9 gezeigt, der Krümmungsradius K3 einer gekrümmten Ablageoberfläche 3a, beispielsweise wie in 9 dargestellt einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeugs 3.
Bei einer herzustellenden konkaven Krümmung der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs 2 kann die Krümmung insbesondere mit einem ersten Krümmungsradius K1 derart erfolgen, dass der erste Krümmungsradius K1 größer ist als der Krümmungsradius der Ablageoberfläche, auf welche das Halbzeug 2 in den folgenden Schritten des Verfahrens abgelegt werden soll. Allgemein kann eine konkave oder eine konvexe Krümmung des Halbzeugs 2 mittels des Endeffektors 1 erfolgen.
Wie in 9 gezeigt ist, erfolgt nach dem Krümmen ein Anlegen des Scheitelpunkts S des Halbzeugs 2 auf eine Ablageoberfläche. Insbesondere kann das Anlegen auf die Werkzeugoberfläche des Formwerkzeugs 3 erfolgen. Die Ablageoberfläche 3a kann allgemein eine gekrümmt oder eben verlaufende Oberfläche sein.
Nach dem Anlegen des Scheitelpunkts 2 des Halbzeugs 2 erfolgt sukzessive ein Anlegen der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs von dem Scheitelpunkt S aus. Die zweite Oberfläche 2b wird von dem Scheitelpunkt S aus insbesondere in verschiedenen Anlegerichtungen gleichzeitig an der Ablageoberfläche angelegt oder abgestreift. Bei dem in den 9 und 10 beispielartig gezeigten Anlegeschritt erfolgt das Anlegen von dem Scheitelpunkt S aus in entgegengesetzten Anlegerichtungen A1, A2 zu einem Umfangsrand 2R des Halbzeugs 2 hin. Dieses sukzessive Anlegen von dem Scheitelpunkt S aus hat den Vorteil, dass in kurzer Zeit große Flächen angelegt werden können, da verschiedene Bereiche der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs 2 gleichzeitig an die Ablageoberfläche 3a, z. B. eine Werkzeugoberfläche, angelegt werden können. Weiterhin werden auf diese Weise Lufteinschlüsse zwischen der Ablageoberfläche und der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs 2 zuverlässig verhindert. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die zweite Oberfläche 2a des Halbzeugs 2 mit einem Klebstoff oder dergleichen beschichtet ist.
Das sukzessive Anlegen der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs von dem Scheitelpunkt S aus kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Aktuatoreinrichtungen 30 des Endeffektors 1 derart betätigt werden, dass die den seitlich des Scheitelpunkts S gelegenen ersten Einachsen-Loslagern 51 und/oder ersten Mehrachsen-Loslagern 61 und/oder des Festlagers 41 zugeordneten Aktutoreinrichtungen den Abstand zwischen den genannten Lagern 51, 61, 41 und dem jeweils zugehörigen zweiten Lager 52, 62, 42 vergrößern.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das sukzessive Anlegen der zweiten Oberfläche 2b des Halbzeugs von dem Scheitelpunkt S aus auch dadurch erfolgen, dass das Halbzeug 2 an einer Toleranzausgleichsschicht 90 des Endeffektors 1 anliegt und die Anpresskraft, mit welcher die Aufnahmeplatte 10 des Endeffektors 1 das Halbzeug 2 an die Anlageoberfläche 3a anpresst vergrößert wird. Dadurch wird eine Dicke d90 der Toleranzausgleichsschicht 90 verringert und die zweite Oberfläche 2b des Halbzeugs wird von dem Scheitelpunkt S aus sukzessive angelegt, wie beispielartig schematisch in den 11 bis 13 dargestellt ist.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Halbzeug 2 über eine Umfangskante 11 der Aufnahmeplatte 10 des Endeffektors 1 mit einer Überstandslänge L2 übersteht und das Krümmen des Halbzeugs 2 derart erfolgt, dass die erste Krümmungsrichtung sich quer zu der Überstandslänge L2 erstreckt. Dies ist beispielartig in 14 gezeigt. Insbesondere bei Halbzeugen 2, die eine große Längserstreckung L aufweisen, ist eine derartige Krümmung vorteilhaft, da auf diese Weise das Flächenträgheitsmoment des Halbzeugs 2 erhöht wird. Damit können auch sehr große Halbzeuge 2 mit einem kompakt aufgebauten Endeffektor 1 gehandhabt werden.
Bezugszeichenliste

1: Endeffektor
2: Halbzeug
2a: erste Oberfläche des Halbzeugs
2b: zweite Oberfläche des Halbzeugs
2R: Umfangsrand des Halbzeugs
3: Formwerkzeug
3a: Ablageoberfläche
10: Aufnahmeplatte
10a: Rückoberfläche der Aufnahmeplatte
10b: Aufnahmeoberfläche der Aufnahmeplatte
11: Umfangskante der Aufnahmeplatte
11A, 11B, 11C: Umfangsabschnitt
12: Durchgangslöcher der Aufnahmeplatte
20: Tragrahmen
21: Längsstreben
22: Querstreben
24: Kopplungseinrichtung
40: Verbindungskomponente
43: Aktuatoreinrichtung
30: Aktuatoreinrichtungen
31;: erste Aktuatoreinrichtungen der ersten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen
32; 33: zweite Aktuatoreinrichtungen der ersten Gruppe
34; 35; 36; 37; 38: Aktuatoreinrichtungen der zweiten Gruppe von Aktuatoreinrichtungen
41: erstes Festlager
42: zweites Festlager
51, 51A, 51B: erste Einachsen-Loslager
52, 52A, 52B: zweite Einachsen-Loslager
61: erste Mehrachsen-Loslager
62: zweite Mehrachsen-Loslager
65: Greifeinrichtung
70: Unterdruckgreifer
80: Lüftereinrichtung
81: Folie
81A: erster Endabschnitt der Folie
81B: zweiter Endabschnitt der Folie
82: Unterdruckkammer
90: Toleranzausgleichsschicht
90a: erste Oberfläche der Toleranzausgleichsschicht
90b: Kontaktoberfläche der Toleranzausgleichsschicht
91: Ausnehmungen der Toleranzausgleichsschicht
95: Steuerungseinrichtung
96: Funktion
97: Kommandosignal
98: Betätigungssignal
100: Werkzeugsystem
D51, 51A, D51B: Drehachsen der ersten Einachsen-Loslager
D52, 52A, D52B: Drehachseen der zweiten Einachsen-Loslager
d90: Dicke
B1: erste Gruppe von Aktuatoreinrichtungen
B2: zweite Gruppe von Aktuatoreinrichtungen
K1: erster Krümmungsradius
K3: Krümmungsradius der Ablageoberfläche
L2: Überstandslänge
R1: erste Linie
R2: zweite Linie
S: Scheitelpunkt
Z: Zwischenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2767371 A1 [0003]

Claims

Endeffektor (1) zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs (2), aufweisend: eine elastisch verformbare Aufnahmeplatte (10) zur Anlage an das Halbzeug (2); einen Tragrahmen (20); eine an der Aufnahmeplatte (10) in einem ersten Festlager (41) und an dem Tragrahmen (20) in einem zweiten Festlager (42) angelenkte Verbindungskomponente (40); und eine erste Gruppe (B1) von Aktuatoreinrichtungen (30) bestehend aus zumindest einer an der Aufnahmeplatte (10) in einem nur eine Drehachse (D51) aufweisenden ersten Einachsen-Loslager (51) und an dem Tragrahmen (20) in einem nur eine Drehachse (D52) aufweisenden zweiten Einachsen-Loslager (52) angelenkten Aktuatoreinrichtung (30, 31; 30, 32; 30, 33), mittels welcher das erste und das zweite Einachsen-Loslager (51, 52) relativ zueinander bewegbar ist.
Endeffektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Gruppe (B1) von Aktuatoreinrichtungen (30) zumindest eine erste Aktuatoreinrichtung (30, 31) und zumindest eine zweite Aktuatoreinrichtung (30, 32; 30, 33) aufweist, wobei die Drehachsen (D51, 51A; D52, 52A) der Einachsen-Loslager (51, 51A; 52, 52A), durch welche die erste Aktuatoreinrichtung (30, 31) an der Aufnahmeplatte (10) und an dem Tragrahmen (20) angelenkt ist, quer zu den Drehachsen (D51, D51B; D52, D52B) der Einachsen-Loslager (51, 51B; 52, 52B) verlaufen, durch welche die zweite Aktuatoreinrichtung (30, 32; 30, 33) an der Aufnahmeplatte (10) und an dem Tragrahmen (20) angelenkt ist.
Endeffektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskomponente (40) als eine Aktuatoreinrichtung (30, 43) ausgebildet ist, mittels derer die Festlager (41, 42) relativ zueinander bewegbar sind.
Endeffektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (1) eine zweite Gruppe (B2) von Aktuatoreinrichtungen (30) bestehend aus zumindest einer an der Aufnahmeplatte (10) in einem mehrere Drehachsen aufweisenden ersten Mehrachsen-Loslager (61) und an dem Tragrahmen (20) in einem zumindest eine Drehachse aufweisenden zweiten Mehrachsen-Loslager (62) angelenkten Aktuatoreinrichtung (30, 34; 30, 35; 30, 36; 30, 37; 30, 38) aufweist, mittels welcher das erste und das zweite Mehrachsen-Loslager (61; 62) relativ zueinander bewegbar ist.
Endeffektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (1) eine Greifeinrichtung (65) zum Halten des Halbzeugs an der Aufnahmeplatte (10) aufweist.
Endeffektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung (65) durch zumindest einen Punktgreifer, insbesondere einen Unterdruckgreifer (70) und/oder durch einen Flächengreifer ausgebildet ist, insbesondere dadurch, dass die Aufnahmeplatte (10) eine Vielzahl von Durchgangslöchern (12) aufweist, die sich zwischen einer Rückoberfläche (10a) der Aufnahmeplatte (10), welche dem Tragrahmen (20) zugewandt ist, und einer Aufnahmeoberfläche (10b) der Aufnahmeplatte (10) zur Aufnahme des Halbzeugs (2), welche entgegengesetzt zu der Rückoberfläche (10a) orientiert ist, erstrecken, wobei auf der Seite der Rückoberfläche (10a) zumindest eine Lüftereinrichtung (80) angeordnet ist, mittels derer durch die Durchgangslöcher (12) ein Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche (10b) zum Halten des Halbzeugs (2) an der Aufnahmeplatte (10) erzeugbar ist.
Endeffektor (1) zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs (2), aufweisend: eine elastisch verformbare Aufnahmeplatte (10) zur Anlage an das Halbzeug (2); einen Tragrahmen (20); mehrere jeweils an der Aufnahmeplatte (10) in einem mehrere Drehachsen aufweisenden ersten Mehrachsen-Loslager (61) und an dem Tragrahmen (20) in einem zumindest eine Drehachse aufweisenden zweiten Mehrachsen-Loslager (62) angelenkte Aktuatoreinrichtung (30, 34; 30, 35; 30, 36; 30, 37; 30, 38), mittels welcher das erste und das zweite Mehrachsen-Loslager (61; 62) relativ zueinander bewegbar ist; und eine Greifeinrichtung (65) zum Halten des Halbzeugs (2) an der Aufnahmeplatte (10), welche durch einen Flächengreifer und zumindest einen Punktgreifer ausgebildet ist.
Endeffektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Punktgreifer als einen Unterdruckgreifer (70) ausgebildet ist und der Flächengreifer dadurch ausgebildet ist, dass die Aufnahmeplatte (10) eine Vielzahl von Durchgangslöchern (12) aufweist, die sich zwischen einer Rückoberfläche (10a) der Aufnahmeplatte (10), welche dem Tragrahmen (20) zugewandt ist, und einer Aufnahmeoberfläche (10b) der Aufnahmeplatte (10) zur Aufnahme des Halbzeugs (2), welche entgegengesetzt zu der Rückoberfläche (10a) orientiert ist, erstrecken, wobei auf der Seite der Rückoberfläche (10a) zumindest eine Lüftereinrichtung (80) angeordnet ist, mittels derer durch die Durchgangslöcher (12) ein Unterdruck an der Aufnahmeoberfläche (10b) zum Halten des Halbzeugs (2) an der Aufnahmeplatte (10) erzeugbar ist.
Endeffektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastisch verformbare Folie (81) luftdicht mit dem Tragrahmen (20) und der Aufnahmeplatte (10) derart verbunden ist, dass die Folie (81) eine Seitenwandung einer Unterdruckkammer (82) bildet, welche mittels der zumindest einen Lüftereinrichtung (80) evakuierbar ist, wobei ein sich zwischen dem Tragrahmen (20) und der Aufnahmeplatte (10) ersteckender Zwischenraum (Z) die Unterdruckkammer (82) aufweist.
Endeffektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (1) eine Toleranzausgleichsschicht (90) aus einem elastisch verformbaren Material, insbesondere aus einem Schaummaterial, aufweist, wobei die Toleranzausgleichsschicht (90) an einer Aufnahmeoberfläche (10b) der Aufnahmeplatte (10) zur Aufnahme des Halbzeugs (2) angeordnet ist.
Endeffektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzausgleichsschicht (90) an einer Kontaktoberfläche (90b) eine Antihaftbeschichtung aufweist, wobei die Kontaktoberfläche (90b) der Toleranzausgleichsschicht (90) entgegengesetzt zu der Aufnahmeoberfläche (10b) der Aufnahmeplatte (10) gelegen ist, wobei die Toleranzausgleichsschicht (90) bevorzugt eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, die bevorzugt zumindest in der Antihaftbeschichtung ausgebildet sind.
Endeffektor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (1) eine Steuerungseinrichtung (95) aufweist mittels derer jede Aktuatoreinrichtung (30, 43) einzeln betätigbar ist.
Werkzeugsystem (100) zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs, aufweisend einen Endeffektor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche und eine Positioniervorrichtung, wobei die Positioniervorrichtung einen bewegbaren Haltearm aufweist, an welchem der Endeffektor (1) angeordnet ist.
Verfahren zum Handhaben eines flächigen Halbzeugs (2) mit den folgenden Schritten: Krümmen des mit einer ersten Oberfläche (2a) an einer elastisch verformbaren Aufnahmeplatte (10) eines Endeffektors (1) gehaltenen Halbzeugs (2) in zumindest einer Krümmungsrichtung derart, dass das Halbzeug (2) an einer entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (2a) orientierten zweiten Oberfläche (2b) einen Scheitelpunkt (S) aufweist; Anlegen des Scheitelpunkts (S) des Halbzeugs (2) auf eine Ablageoberfläche (3a); und von dem Scheitelpunkt (S) aus sukzessives Anlegen der zweiten Oberfläche (2b) des Halbzeugs (2) an die Ablageoberfläche (3a).
Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Krümmen des Halbzeugs (2) dadurch erfolgt, dass zumindest eine Aktuatoreinrichtung (30, 31; 30, 32; 30, 33) einer ersten Gruppe (B1) von Aktuatoreinrichtungen (30), welche an der Aufnahmeplatte (10) in einem ersten nur eine Drehachse (D51) aufweisenden ersten Einachsen-Loslager (51) und in einem nur eine Drehachse (D52) aufweisenden zweiten Einachsen-Loslager (52) an einem Tragrahmen (20) des Endeffektors (1) angelenkt ist, das erste und das zweite Einachsen-Loslager (51; 52) relativ zueinander bewegt und eine Verbindungskomponente (40) an der Aufnahmeplatte (10) in einem ersten Festlager (41) und an dem Tragrahmen (20) in einem zweiten Festlager (42) angelenkt ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (2) über eine Umfangskante (11) der Aufnahmeplatte (10) des Endeffektors (1) mit einer Überstandslänge (L2) übersteht und das Krümmen des Halbzeugs (2) derart erfolgt, dass die erste Krümmungsrichtung sich quer zu der Überstandslänge (L2) erstreckt.