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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung und Positionierung von Werkstücken, sowie eine entsprechende Vorrichtung.
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In vielen Fertigungsprozessen werden Werkstücke aufeinanderfolgend in verschiedene Bearbeitungsstationen eingelegt, aus der sie in einem weiter verarbeiteten Zustand entnommen und weitertransportiert werden. Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Bearbeitungsstation um eine Presse in einer Pressenstraße handeln, in welcher im Wesentlichen plattenförmige Werkstücke in aufeinanderfolgenden Pressschritten verarbeitet werden. Die Werkstücke werden hierbei zunächst auf einer Stetigfördereinrichtung in Richtung einer Presse gefördert, von der Stetigfördereinrichtung aufgenommen und die Presse eingelegt. Bei dieser Stetigfördereinrichtung kann es sich beispielsweise, jedoch nicht beschränkend um ein Förderband handeln, auf welchem die Werkstücke aufeinanderfolgend gefördert werden.
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Zur Optimierung des Arbeitsablaufs und der Verarbeitungsgeschwindigkeit in einer solchen Pressenstraße ist es vorteilhaft, das Werkstück auf dem Förderband zunächst in einem Lagekorrekturschritt auszurichten, bevor es in einem nachfolgenden Transferschritt durch ein Transfergerät aufgenommen und eine definierte Ablageposition in der Presse überführt wird. Notwendig ist dies insbesondere dann, wenn das Transfergerät, welches den Transferschritt ausführt, dazu ausgerüstet ist, mehrere Werkstücke gleichzeitig aufzunehmen und zu überführen. Die gleichzeitig aufzunehmenden Werkstücke müssen dann eine definierte Ausrichtung relativ zueinander auf dem Förderband einnehmen, bevor der Transferschritt durchgeführt werden kann.
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EP 2 190 604 B1 offenbart ein derartiges Verfahren, bei welchem der Lagekorrekturschritt, der dem Transferschritt zur Überführung des oder der Werkstücke in die Presse vorangeht, durch eine Positioniereinrichtung durchgeführt wird, die neben dem Förderband angeordnet ist und unabhängig von dem Transfergerät arbeitet. Die in diesem Stand der Technik dargestellte Positioniereinrichtung wird beispielsweise durch einen Knickarm-Roboter gebildet, der ein einzelnes Teil vom Förderband aufnehmen und in seiner Lage korrigieren kann. Dargestellt ist auch die Möglichkeit, die Lagen mehrerer Werkstücke gleichzeitig durch zwei Positioniereinrichtungen zu korrigieren, was mit erhöhtem Aufwand und entsprechenden hohen Kosten verbunden ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Verfahren zur Förderung und Positionierung von Werkstücken derart weiterzubilden, dass die gleichzeitige Handhabung mehrerer Werkstücke durch ein einziges Fördergerät mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst, sowie durch eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 6.
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Erfindungsgemäß wird in dem Lagekorrekturschritt mindestens ein erstes Werkstück relativ zu mindestens einem zweiten Werkstück positioniert. Letzteres behält seine Position auf der Stetigfördereinrichtung bei, d.h. es wird keiner Lagekorrektur unterzogen. Lediglich das mindestens eine Werkstück wird somit derart angeordnet, dass nach der Lagekorrektur das mindestens eine Werkstück und das mindestens zweite Werkstück eine definierte Ausrichtung relativ zueinander einnehmen, aus welcher beide Werkstücke im nachfolgenden Transferschritt in die definierte Ablageposition überführt werden können.
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In diesem Fall ist es also nicht mehr erforderlich, sämtliche Werkstücke, die im Transferschritt überführt werden, in ihrer Lage zu korrigieren, sondern lediglich ein Teil dieser Werkstücke wird gegenüber dem verbleibenden Teil lagekorrigiert. Im einfachsten Fall wird ein einziges erstes Werkstück relativ zu einem einzigen zweiten Werkstück neu positioniert. Es können allerdings auch mehrere erste Werkstücke zu einem zweiten Werkstück positioniert werden, zu mehreren zweiten Werkstücken positioniert werden, oder mehrere erste Werkstücke werden relativ zu einem oder mehreren zweiten Werkstücken positioniert. All diese Fälle sollen durch die Formulierungen „mindestens ein erstes Werkstück“ und „mindestens ein zweites Werkstück“ erfasst werden.
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Ein Positionierungsgerät, das die Lagekorrektur vornimmt, muss also lediglich dazu eingerichtet sein, einen Teil der zu transferierenden Werkstücke zu erfassen und relativ zu dem oder den übrigen anzuordnen. Hierdurch wird der Aufbau der gesamten Anlage wesentlich vereinfacht.
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Vorzugsweise werden vor dem Lagekorrekturschritt Ist-Positionen des mindestens einen ersten Werkstücks und des mindestens einem zweiten Werkstücks auf der Stetigfördereinrichtung optisch erfasst. Dies kann beispielsweise durch eine Bilderfassungseinrichtung oder eine andere Art von optischer Abtasteinrichtung geschehen, entweder während des kontinuierlichen Durchlaufs der Stetigfördereinrichtung, oder während die Stetigfördereinrichtung ihren Betrieb für einen kurzen Moment unterbricht.
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Weiter vorzugsweise werden aus den erfassten Ist-Positionen Soll-Positionen des mindestens einen Werkstücks und des mindestens einem zweiten Werkstücks bestimmt, die eine gemeinsame definierte Ausrichtung ergeben.
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Weiter vorzugsweise wird auf Grundlage der erfassten Ist-Positionen das mindestens eine erste Werkstück bestimmt, dass im Lagekorrekturschritt relativ zu dem mindestens einen zweiten Werkstück positioniert wird. Vorteilhafterweise wird also entschieden, welches oder welche der zu transferierenden Werkstücke relativ zu dem oder den übrigen Werkstücken neu positioniert wird. Günstig ist naturgemäß die Auswahl eines solchen oder solcher Werkstücke, die zur Lagekorrektur die geringste Strecke bewegt werden müssen oder zu deren Neupositionierung die wenigsten Bewegungen durchgeführt werden müssen. Auf diese Weise kann die Durchführung des Lagekorrekturschritts zeitlich und energetisch optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert das Transfergerät im Transferschritt die gemeinsame räumliche Orientierung des mindestens einen Werkstücks und des mindestens einen zweiten Werkstücks. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Winkelausrichtung der zu transferierenden Werkstücke während der Überführung in die definierte Ablageposition korrigiert wird, während die relative Winkelorientierung des mindestens einen ersten Werkstücks zu zumindest einem zweiten Werkstück hingegen erhalten bleibt. Auch eine Korrektur in Form einer gemeinsamen Translationsbewegung der beiden Werkstücke ist möglich.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Förderung und Positionierung von Werkstücken, umfassend
- - eine Stetigfördereinrichtung zur Beförderung von Werkstücken in einer Durchlaufrichtung,
- - eine Positioniereinrichtung, die an der Stetigfördereinrichtung angeordnet ist und Mittel zur Positionierung mindestens eines ersten Werkstücks relativ zu mindestens einem zweiten Werkstück umfasst,
- - eine optische Erfassungseinrichtung, die zur optischen Erfassung von Ist-Positionen des mindestens einen ersten Werkstücks und des mindestens einen zweiten Werkstücks auf der Stetigfördereinrichtung und zur Ausgabe von Daten entsprechend den erfassten Ist-Positionen eingerichtet ist,
- - eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Positioniereinrichtung auf Grundlage der Daten entsprechend den erfassten Ist-Positionen eingerichtet ist, derart, dass die Positioniereinrichtung das mindestens eine erste Werkstück relativ zu dem mindestens einen zweiten Werkstück derart positioniert, dass das mindestens eine erste Werkstück und das mindestens eine zweite Werkstück gemeinsam eine definierte Ausrichtung relativ zueinander einnehmen,
- - und ein Transfergerät, das zur gleichzeitigen Aufnahme des mindestens einen ersten Werkstücks und des mindestens einen zweiten Werkstücks aus einer Aufnahmeposition in ihrer definierten Ausrichtung und zur Überführung derselben in eine definierte Ablageposition eingerichtet ist.
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Vorzugsweise ist das Transfergerät dazu eingerichtet, eine Korrektur der räumlichen Orientierung des mindestens einen ersten Werkstücks und des mindestens einen zweiten Werkstücks im aufgenommenen Zustand vorzunehmen.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
- 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Förderung und Positionierung von Werkstücken in zwei unterschiedlichen Positionen, jeweils in einer schematischen Draufsicht.
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1 ist eine Draufsicht auf den Anfangsbereich einer Pressenstraße, die eine Presse 12 mit vier Pressenständern 16, 18, 20, 22 und einem darin angeordneten Unterwerkzeug 32 umfassen. Zwischen diesem Unterwerkzeug 32 und einem nicht dargestellten und darüber befindlichen Oberwerkzeug werden Werkstücke gepresst. Zum Beladen der Presse 12 dient ein Transfergerät 40, welches Werkstücke von einer Stetigfördereinrichtung, im vorliegenden Fall einem Förderband 60 entnimmt und in einer Durchlaufrichtung A (in 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet), in die Presse 12 überführt und dort ablegt. Das Förderband 60 befördert die Werkstücke zu diesem Zweck in der Durchlaufrichtung A in einen Bereich, aus welcher mehrere Werkstücke gleichzeitig vom Transfergerät 40 aus einer Aufnahmeposition P1 aufgenommen und in eine Ablageposition P2 auf dem Unterwerkzeug 32 der Presse 12 überführt werden können. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden jeweils zwei Werkstücke 62, 64 vom Transfergerät 40 ergriffen und transferiert. In 1 ist ferner ein Paar von Werkstücken 74 dargestellt, das gerade in die Ablageposition P2 überführt worden ist.
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Das Transfergerät 40 umfasst hierzu einen Arm 42, an dessen Ende eine Werkzeugaufnahme mit einem Tooling 50 zum Ergreifen der Werkstücke 62, 64 angebracht ist. Das Tooling 50 ist an die jeweiligen Werkstücke 62, 64 angepasst und weist beispielsweise Vakuumsauger oder dergleichen auf, um die Werkstücke 62, 64 anzusaugen und aus der Aufnahmeposition P1 in die Ablageposition P2 bringen zu können. Der Arm 42 erstreckt sich radial von einer senkrechten Achse Z1 und ist um diese Achse Z1 schwenkbar. Ferner ist der Arm 42 in seiner Erstreckungsrichtung in Bezug auf die Achse Z1 verfahrbar, so dass das Ende des Arms 42, welches das Tooling 50 trägt, der Achse Z1 angenähert oder von dieser entfernt werden kann. Der Arm 42 wird zu diesem Zweck in einer entsprechenden Aufnahme 46 gelagert, die das Schwenken und das vorstehend beschriebene Verfahren des Arms 42 bezüglich der Achse Z1 ermöglicht. Die Aufnahme 46 selbst ist entlang einer Schiene 44 verfahrbar, die sich in der Durchlaufrichtung A erstreckt. Hierdurch kann die Aufnahme 46 mit dem Arm 42 in Richtung der Presse 12 und in der entgegengesetzten Richtung zum Förderband 60 verfahren werden. Eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Arms 42 entlang der Achse Z1 ist ebenfalls möglich, um die Werkstücke 62, 64 vom Förderband 60 anzuheben und auf das Unterwerkzeug 32 absenken zu können.
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Damit die zu transferierenden Werkstücke 62, 64 vom Tooling 50 des Transfergerätes 40 korrekt erfasst werden können, ist es notwendig, dass sie am Ende des Förderbandes 60 in der Aufnahmeposition P1 eine definierte Ausrichtung zueinander einnehmen. Um dies zu gewährleisten, ist eine Positioniereinrichtung 66 in Form eines Knickarm-Roboters vorgesehen, der neben dem Förderband 60 angeordnet ist. Am Ende seines Knickarms 68 trägt dieser ein Tooling 70 zur Aufnahme eines Werkstücks. Passieren zwei nebeneinander auf dem Förderband 60 liegende Werkstücke 62 und 64 den Abschnitt des Förderbands 60, neben welchem der Knickarm-Roboter 66 angeordnet ist, kann dieser eines der beiden Werkstücke 62 oder 64 erfassen und umsetzen, d.h., auf dem Förderband 60 anheben und in einer lagekorrigierten Position wieder ablegen. Der Knickarm-Roboter 66 ist im vorliegenden Fall in der Lage, wahlweise ein erstes Werkstück, im vorliegenden Fall das mit der Referenznummer 62 bezeichnete Werkstück, in seiner Lage zu korrigieren, oder auch das andere Werkstück 64.
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Der Vorgang der Positionierung eines ersten Werkstücks 62 relativ zu einem zweiten Werkstück 64, das seine Position auf dem Förderband beibehält, soll im Folgenden als Lagekorrekturschritt bezeichnet werden. Nach Abschluss dieses Lagekorrekturschritts befinden sich beide Werkstücke, also das in seiner Lage korrigierte erste Werkstück 62 und das zweite Werkstück 64, welches seine Lage auf dem Förderband 60 beibehält, gemeinsam in einer definierten Ausrichtung relativ zueinander. Ist dies der Fall, kann das Transfergerät 40 einen Transferschritt durchführen, in welchem das erste Werkstück 62 und das zweite Werkstück 64 gleichzeitig aus der Aufnahmeposition P1 aufgenommen und die Ablageposition P2 überführt werden.
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Zur Durchführung des Lagekorrekturschritts werden zunächst die Ist-Positionen des ersten Werkstücks 62 und des zweiten Werkstücks 64 auf dem Förderband 60 erfasst. Hierzu dient eine optische Erfassungseinrichtung 72, bei der sich beispielsweise um ein Bilderkennungssystem handeln kann. Dieses ist dazu in der Lage, Daten, welche die Ist-Positionen repräsentieren, an eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung auszugeben, die zur Steuerung des Knickarm-Roboters 66 eingerichtet ist.
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Die Steuereinrichtung ermittelt aus den Ist-Positionen Soll-Positionen des ersten Werkstücks 62 und des zweiten Werkstücks 64, die gemeinsam der definierten Ausrichtung entsprechen. Die Steuereinrichtung kann dann den Knickarm-Roboter 66 derart ansteuern, dass er das erste Werkstück 62 ansteuert und eine Lagekorrektur desselben vornimmt, d.h. in seiner Lage bezüglich des zweiten Werkstücks 64 korrigiert. Die Position des zweiten Werkstücks 64 stellt somit die Referenzposition dar, bezüglich welcher die Lage des ersten Werkstücks 62 verändert wird.
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Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu vorgesehen sein, aus den beiden Werkstücken 62 und 64 dasjenige auszuwählen, dessen Lagekorrektur den geringsten zeitlichen und energetischen Aufwand erfordert, d.h. zu dessen Lagekorrektur möglichst wenige Bewegungen durch den Knickarm-Roboter 66 durchgeführt werden müssen. Mit anderen Worten, aus den Daten bezüglich der Ist-Positionen zweier Werkstücke wird dasjenige bestimmt, welches (als erstes Werkstück) in Bezug auf das andere (zweite) Werkstück umgesetzt werden soll.
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In dem Ausführungsbeispiel in 1 sind die beiden Werkstücke 62 und 64 als quadratische Platten mit identischen Abmessungen ausgebildet. Damit diese vom Tooling 50 des Transfergeräts 40 korrekt erfasst werden können, müssen sie in der definierten Ausrichtung derart aufeinander ausgerichtet sein, dass ihre Kanten fluchten, und einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen. Die beiden Werkstücke 62 und 64 müssen demnach bezüglich ihrer Winkelposition und ihres Abstandes voneinander ausgerichtet sein.
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Es wird zu diesem Zweck das in 1 obere Werkstück als erstes Werkstück 62 ausgewählt, vom Knickarm-Roboter 66 erfasst, in eine korrekte Winkelposition bezüglich des zweiten Werkstücks 64 gedreht und lageverschoben, bis die definierte Ausrichtung, erreicht ist. In dieser Ausrichtung erreichen die beiden Werkstücke 62 und 64 ihre Aufnahmeposition P1, in der sie vom Transfergerät 40 aufgenommen werden. Gegebenenfalls müssen die auf dem Förderband 60 definiert zueinander ausgerichteten Werkstücke 62, 64 hierzu durch das Förderband 60 weiter transportiert werden, bis sie die Aufnahmeposition P1 erreichen.
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Zur korrekten Ablage in die Ablageposition P2 innerhalb der Presse muss allerdings noch eine Winkelkorrektur der beiden Werkstücke 62 und 64 vorgenommen werden, wobei allerdings ihre relative Position zueinander beibehalten wird, d.h. ihre Winkelorientierung und ihr Abstand voneinander. Während letzteres durch das Tooling 50 des Transfergeräts 40 gewährleistet wird, kann zur Winkelkorrektur zwischen der Aufnahmeposition P1 und der Ablageposition P2 eine Drehbewegung des Toolings 50 während des Transfers vom Förderband 60 in die Presse 12 durchgeführt werden. Dies kann durch kombinierte Bewegungen des Transfergeräts 40 erreicht werden. Ferner können zusätzliche Translationsbewegungen der beiden Werkstücke 62 und 64 während des Transfers vorgenommen werden.
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In 1 ist der Lagekorrekturschritt abgeschlossen, d.h., das erste Werkstück 62 und das zweite Werkstück 64 nehmen die Aufnahmeposition P1 ein, in der sie ihre definierte Ausrichtung zueinander aufweisen, während das Transfergerät 40 noch ein in der Durchlaufrichtung A vorauslaufendes Paar von Werkstücken 74 in der Presse 12 ablegt. Dieses wird nach dem Umformen in der Presse 12 durch ein weiteres, nicht näher dargestelltes Fördergerät entnommen und weitertransportiert.
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In 2 ist dargestellt, wie das Transfergerät 40 seinen Arm 42 mit dem Tooling 50 über das erste Werkstück 62 und das zweite Werkstück 64 in der Aufnahmeposition geschwenkt hat, um beide Werkstücke 62, 64 gleichzeitig zu ergreifen und in die definierte Ablageposition P2 zu überführen.
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Bei dem in 1 und 2 dargestellten Fall werden lediglich zwei Werkstücke 62, 64 gleichzeitig im Transferschritt aufgenommen und die Presse 12 überführt. Demnach muss lediglich ein einziges erstes Werkstück 62 relativ zu einem einzigen zweiten Werkstück 64 in seiner Lage korrigiert werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Möglich ist es ferner, auch mehrere erste Werkstücke 62 in ihrer Lage relativ zu einem oder mehreren zweiten Werkstücken 64 zu korrigieren. Der Knickarm-Roboter 66 ergreift dann mehrere erste Werkstücke 62 und positioniert diese relativ zu den zweiten Werkstücken 64.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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