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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands, insbesondere eines ferromagnetischen Werkstücks, mittels Magnetkraft.
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Zum Halten bzw. Greifen von Gegenständen, insbesondere von Werkstücken in der industriellen Produktion, sind unterschiedliche Techniken bekannt. Beispielsweise sind Sauggreifer bekannt, die Gegenstände mittels Unterdruck halten. Dabei wird eine Unterdruckquelle an den Sauggreifer angeschlossen und der Sauggreifer berührt eine Oberfläche des Gegenstands und dichtet diese gegenüber der Umgebung ab, sodass der Unterdruck auf den Gegenstand wirkt. Der Umgebungsdruck drückt das Werkstück gegen den Sauggreifer und befestigt es an diesem.
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Sauggreifer sind geeignet, aus einer Vielzahl von Gegenständen wie etwa Blechteilen einen einzelnen Gegenstand herauszugreifen, da der Unterdruck jeweils lediglich auf denjenigen Gegenstand wirkt, der in direktem Kontakt mit dem Sauggreifer ist. Dies ist insbesondere wünschenswert, wenn der zu greifenden Gegenstand im selben Schritt entstapelt, also aus einer Vielzahl von Gegenständen heraus vereinzelt werden soll. Allerdings kann bei einem Ausfall der Unterdruckquelle, etwa in Folge eines Stromausfalls, das Halten des Gegenstands nicht gewährleistet werden, was die Sicherheit des Verfahrens deutlich einschränkt. In bestimmten Umgebungen ist aus diesem Grund der Einsatz von Sauggreifern nicht möglich oder nicht zulässig.
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Das Halten mittels Magnetkraft basiert auf den magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Gegenstände. Herkömmliche Magnetgreifer weisen den Nachteil auf, dass die magnetischen Kräfte durch Bauteile hindurch wirken und somit ein vereinzelndes Greifen einzelner Gegenstände, beispielsweise Blechbauteile, nur eingeschränkt möglich ist. Die Magnetkraft des Magnetgreifers ist in diesem Fall genau auf die Masse und ggf. die Geometrie des zu haltenden bzw. zu greifenden Gegenstands abzustimmen, sodass sie dem Halten eines einzelnen Gegenstands dient und weitere bzw. darunter befindliche Gegenstände nicht beeinflusst bzw. gegriffen werden. Auch ist in diesem Fall zum Trennen des Gegenstands vom Magnetgreifer eine weitere externe Kraft notwendig.
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Die
WO 2010/135788 A1 beschreibt ein schaltbares Magnetwerkzeug zur Handhabung von Werkstücken oder Werkzeugen oder als Haltevorrichtung für Werkstücke bei deren Bearbeitung. Dieses umfasst wenigstens zwei in einem Gehäuse angeordnete Permanentmagnete, wobei das Gehäuse wenigstens zwei Polschuhe umfasst oder aus diesen ausgebildet ist. Wenigstens einer der Permanentmagnete ist beweglich, sodass auf selektive Weise ein externes Magnetfeld sowie ein magnetischer Fluss durch die beiden Polschuhe erzeugbar sind, wenn diese in Kontakt mit einem Werkstück sind. Das Magnetwerkzeug weist weiterhin zwei Pol-Verlängerungselemente auf, die jeweils zwei Eingriffsflächen zur Kontaktierung des Werkstücks aufweisen. Mit anderen Worten wird eine Möglichkeit bereitgestellt, trotz Nutzung von Permanentmagneten ein Ein- bzw. Ausschalten des Magnetfelds zu realisieren.
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Allerdings ist auch bei dieser Lösung eine exakte Abstimmung der Magnetkraft auf die handzuhabenden Gegenstände notwendig.
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Alternativ können zu montierende Bauteile magaziniert oder in definierter Ausrichtung, beispielsweise mittels Stauförderern, bereitgestellt werden. Dies ist allerdings mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden und insbesondere bei in großen Stückzahlen zu nutzenden kleineren Gegenständen sehr aufwändig. Es ist in der Regel ein zusätzlicher Verfahrensschritt notwendig, um die Gegenstände aus dem Transportbehälter zu entnehmen und geordnet bereitzustellen.
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Die
DE 43 28 171 A1 offenbart eine Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds, umfassend einen ersten Magneten, einen zweiten Magneten und eine Rotationseinrichtung zur Rotation des ersten Magneten und/oder des zweiten Magneten, wobei die Rotationseinrichtung dazu eingerichtet ist, wenigstens die folgenden relativen Ausrichtungen der beiden Magneten zueinander zu realisieren, sodass ein aus Überlagerung von jeweiligen Magnetfeldern des ersten Magneten und des zweiten Magneten resultierendes Magnetfeld) beeinflussbar ist. Die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds umfasst des Weiteren eine erste relative Ausrichtung, in welcher die Pole der beiden Magneten zwecks Realisierung einer maximalen Stärke zumindest eines Bereichs des resultierenden Magnetfelds im Wesentlichen gleich ausgerichtet sind, und eine zweite relative Ausrichtung in welcher die Pole der beiden Magneten zwecks Realisierung einer minimalen Stärke zumindest eines Bereichs des resultierenden Magnetfelds im Wesentlichen entgegengesetzt ausgerichtet sind.
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Die
US 2012/0 277 911 A1 lehrt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Einstellung der Magnetstärke eines magnetischen Endeffektors für Aufzugssysteme. Der magnetische Endeffektor ist in der Lage, unterschiedliche Nutzlasten zu heben, indem er die Stärke der vom magnetischen Endeffektor ausgegebenen magnetischen Kräfte selektiv variiert. Ein Aktuator kann operativ mit dem Endeffektor des Magneten variabler Stärke gekoppelt sein, wobei der Aktuator selektiv betätigbar ist, um die Einstellung des Magneten variabler Stärke zu steuern. Der Aktuator kann auch so konfiguriert sein, dass er den Magneten mit variabler Stärke über einen bestimmten Zeitraum auf einer gewünschten Ausgangsstärke der magnetischen Kraft hält, sobald diese erreicht ist.
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Die
US 3 452 310 A offenbart eine Magnetvorrichtung, umfassend einen Stator mit einem ersten Bein und einem zweiten Bein, die jeweils aus rechteckigen plattenartigen Elementen bestehen, die voneinander beabstandet sind und dazwischen einen Raum definieren, und einer konkaven Oberfläche, die auf der Seite jedes benachbarten Beins ausgebildet. Die Magnetvorrichtung umfasst des Weiteren Mittel, um einen Anker um eine Achse zu drehen wobei das erste Ende des Ankers an das erste Bein angrenzt und wobei die Felder zwischen den Beinen in unterstützender Beziehung zum Feld des Ankers stehen.
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Der
US 8 183 965 B2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine auf schaltbaren Kernelementen basierende Permanentmagnetvorrichtung zum Halten und Anheben eines Objekts entnehmbar, bestehend aus zwei oder mehr Trägerplatten, die Kernelemente enthalten. Die Kernelemente sind magnetisch angepasste Polkanäle aus weichem Stahl, die an den Nord- und Südmagnetpolen eines oder mehrerer Permanentmagnete befestigt und in Trägerplatten eingelassen sind. Die Polkanäle enthalten das Magnetfeld der Permanentmagnete und leiten es auf die Ober- und Unterseite der Trägerplatten um.
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Die
DE 11 97 994 B lehrt ein Dauermagnetsystem, dessen Magnetfeld in einem Luftspalt zwischen Weicheisen-Leitstücken kontinuierlich einstellbar ist, wobei das Dauermagnetsystem zwei einander parallel gegenüberstehende gerade Dauermagnete aufweist, die um ihre Symmetrieachse gemeinsam verdrehbar angeordnet sind, wobei ihre Endflächen auf der einen Seite auf einer fest angeordneten gemeinsamen Rückschlußplatte gleiten und auf der anderen Seite die ebenfalls fest angeordneten Anschlußffächen der den Luftspalt begrenzenden Weicheisen-Leitstücke kontinuierlich veränderlich überdecken.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands zur Verfügung zu stellen, mittels welchen die Handhabung von Gegenständen auf besonders flexible Weise möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die die Einrichtung zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands gemäß Anspruch 1, sowie durch das Verfahren zur Handhabung gemäß Anspruch 7. Ausgestaltungen der Einrichtung zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Einrichtung zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands mittels Magnetkraft. Diese umfasst eine Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds. Die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds umfasst einen ersten Magneten, einen zweiten Magneten und eine Rotationseinrichtung zur Rotation des ersten Magneten und/oder des zweiten Magneten. Die Rotationseinrichtung ist dazu eingerichtet, wenigstens die folgenden relativen Ausrichtungen der beiden Magneten zueinander zu realisieren, sodass ein aus Überlagerung von jeweiligen Magnetfeldern des ersten Magneten und des zweiten Magneten resultierendes Magnetfeld beeinflussbar ist:
- - eine erste relative Ausrichtung, in welcher die Pole der beiden Magneten zwecks Realisierung einer maximalen Stärke zumindest eines Bereichs des resultierenden Magnetfelds im Wesentlichen gleich ausgerichtet sind,
- - eine zweite relative Ausrichtung, in welcher die Pole der beiden Magneten zwecks Realisierung einer minimalen Stärke zumindest eines Bereichs des resultierenden Magnetfelds im Wesentlichen entgegengesetzt ausgerichtet sind, sowie
- - wenigstens eine und insbesondere mehrere von der ersten relativen Ausrichtung und der zweiten relativen Ausrichtung abweichende dritte relative Ausrichtungen zur Realisierung einer Stärke zumindest eines Bereichs des resultierenden Magnetfelds, welche geringer ist als die maximale Stärke und größer ist als die minimale Stärke.
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Zudem umfasst die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds eine Blockiereinrichtung zur mechanischen Blockierung der Rotation des ersten Magneten und/oder des zweiten Magneten in zumindest einer relativen Ausrichtung zwecks Verhinderung einer Veränderung der relativen Ausrichtung der beiden Magneten.
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Die Einrichtung zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands weist des Weiteren eine mit der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds mechanisch verbundene Koppeleinrichtung zur mechanischen Koppelung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds an eine Positionierungs- und/oder Bewegungsvorrichtung, insbesondere einen Industrieroboter, zwecks Positionierung und/oder Bewegung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds, auf.
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Die Einrichtung zur Handhabung umfasst eine Erfassungseinrichtung, insbesondere eine optische Erfassungseinrichtung, zur Erfassung wenigstens einer Information bezüglich einer Geometrie, Größe, Ausrichtung und/oder Position wenigstens eines Bereichs eines handzuhabenden Gegenstands. Weiterhin weist die Einrichtung zur Handhabung eine mit der Erfassungseinrichtung in datentechnischer Verbindung stehende oder bringbare Auswerteinheit zur Auswertung der Information zwecks Steuerung der Bewegung und/oder Position der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds und/oder der relativen Ausrichtung der beiden Magneten unter Nutzung der Information auf.
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Ein Magnet ist eine Einrichtung, die zur Ausübung magnetischer Kraft eingerichtet ist. Es kann sich dabei um einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten handeln. Insbesondere werden als erster und zweiter Magnet hinsichtlich ihrer Magnetfelder gleichartige Magnete genutzt. Diese können ebenso hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Größe gleichartig sein. In einer Ausgestaltung sind die Magnete benachbart zueinander angeordnet.
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Typischerweise dient die Rotationseinrichtung der Rotation wenigstens eines Magneten um eine senkrecht zu den zwischen Nordpol und Südpol des Magneten verlaufenden Feldlinien ausgerichtete Achse des Magneten. Sie kann der Rotation wenigstens eines Magneten um seine mittig zwischen Nordpol und Südpol angeordnete Achse dienen. Insbesondere sind der erste und der zweite Magnet scheibenförmig, kreisförmig bzw. kreisringförmig. In dieser Ausgestaltung dient die Rotationseinrichtung der Rotation wenigstens eines Magneten um seine mittlere Achse. Insbesondere sind die Magneten koaxial angeordnet, sodass wenigstens ein Magnet mittels der Rotationseinrichtung um die gemeinsame Achse rotierbar ist.
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Die Rotation mittels der Rotationseinrichtung dient der Beeinflussung der relativen Ausrichtung des ersten und zweiten Magneten zueinander und insbesondere der Beeinflussung der relativen Ausrichtung der jeweiligen Nordpole und Südpole der beiden Magneten. Sie bezweckt die Beeinflussung des resultierenden Magnetfelds, also der in einem bestimmten Bereich resultierenden Magnetkraft.
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Die Einrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass nur der erste Magnet bezüglich des zweiten Magneten verdreht wird, oder der zweite Magnet bezüglich des ersten Magneten, oder dass beide Magneten in Bezug zueinander verdreht werden.
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In der ersten relativen Ausrichtung überlagern sich die magnetischen Nord- und Südpole jeweils in zumindest einer Blickrichtung. In der zweiten relativen Ausrichtung überlagert der magnetische Nordpol des ersten Magneten den magnetischen Südpol des zweiten Magneten und umgekehrt in zumindest einer Blickrichtung. In der dritten relativen Ausrichtung sind die beiden Magneten typischerweise in einer Zwischenposition und somit weder gleich noch entgegengesetzt ausgerichtet.
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Die gleiche Ausrichtung bedeutet insbesondere, dass die Magnete in Bezug zu einer gemeinsamen Achse eine gleiche Winkelposition aufweisen. Die Stärke des resultierenden Magnetfelds ist in allen drei relativen Ausrichtungen auf denselben Bereich des Magnetfelds, also auf dieselbe räumliche Position in Bezug zur Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds, bezogen.
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Insbesondere wird in der ersten relativen Ausrichtung eine maximale Stärke des resultierenden Magnetfelds, in der zweiten relativen Ausrichtung eine minimale Stärke des resultierenden Magnetfelds sowie in der dritten relativen Ausrichtung eine Stärke des resultierenden Magnetfelds, welche geringer ist als die maximale Stärke und größer ist als die minimale Stärke, realisiert. In der zweiten relativen Ausrichtung wird dabei typischerweise zumindest bereichsweise eine vollständige wechselseitige Auslöschung der Magnetfelder der beiden Magneten realisiert, sodass kein Magnetfeld herrscht.
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Die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds kann in einem nicht magnetischen und/oder hinsichtlich seiner magnetischen Eigenschaften optimierten Gehäuse angeordnet sein, sodass kein oder lediglich ein minimales Magnetfeld in Randbereichen auftritt, sondern eine gezielte Leitung der magnetischen Feldlinien zu einer solchen Position erfolgt, an der das Magnetfeld, beispielsweise zum Handhaben eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands, genutzt wird.
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Mit anderen Worten ist die Einrichtung durch die Möglichkeit der dritten relativen Ausrichtung dazu eingerichtet, eine resultierende Kraft einzustellen, die für eine bestimmte Aufgabe benötigt wird, beispielsweise für das Greifen jeweils nur eines bestimmten Bauteils aus einer Menge mehrerer Bauteile heraus. Dies wird auch als Entstapeln bezeichnet. Beispielsweise ist dies für Blechteile relevant, die übereinander gestapelt angeliefert werden. Hierbei ist es bedeutsam, dass lediglich ein einziges Blechteil entnommen wird und verhindert wird, dass mehrere Blechteile aneinander haften. Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung kann in Abhängigkeit von Masse, Geometrie, magnetischen Eigenschaften und ggf. anderen Parametern des handzuhabenden Gegenstands eine geeignete Stärke des resultierenden Magnetfelds eingestellt werden, sodass lediglich die zur Entnahme eines einzelnen Gegenstands benötigte Kraft ausgeübt wird.
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Es ist ersichtlich, dass die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds eine Anpassung des für die Aufgabe, also zum Greifen bzw. Handhaben eines bestimmten Bauteils, benötigten Magnetfelds realisieren kann. Durch die Möglichkeiten der ersten und dritten relativen Ausrichtung befähigt die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds entsprechende Einrichtungen zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands zur Handhabung bzw. zum Greifen wenigstens zweier unterschiedlicher Bauteile, wohingegen die aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen lediglich zur Handhabung eines bestimmten Bauteils bzw. Bauteiltyps eingerichtet sind. Insbesondere ist die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds zur Realisierung mehrerer dritter relativer Ausrichtungen eingerichtet, sodass sie auf flexible Weise an die Eigenschaften unterschiedlicher Gegenstände zwecks deren Handhabung anpassbar ist.
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Die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds umfasst eine Blockiereinrichtung zur mechanischen Blockierung der Rotation des ersten Magneten und/oder des zweiten Magneten in zumindest einer relativen Ausrichtung zwecks Verhinderung einer Veränderung der relativen Ausrichtung der beiden Magneten. Mit anderen Worten ist ein Mittel vorgesehen, welches beispielsweise bei Ausfall einer externen Energiezufuhr eine Veränderung der relativen Ausrichtung der beiden Magneten verhindert. Es wird die Rotation wenigstens eines drehbaren Magneten blockiert. Die Blockiereinrichtung kann beispielsweise eine Bremse und/oder ein selbsthemmendes Getriebe sein. Die Blockierung meint eine Blockierung der Rotation entlang zumindest einer Rotationsrichtung.
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Die Blockiereinrichtung kann zwischen der Rotationseinrichtung und dem beweglichen Magneten angeordnet sein und zur Blockierung eines Teils des Übertragungswegs zur Übertragung der Rotation eingerichtet sein. Insbesondere dient die Blockiereinrichtung zur Blockierung der Rotation desjenigen bzw. derjenigen Magneten, der bzw. die mittels der Rotationseinrichtung bewegbar sind. Insbesondere steht sie demnach mit dem bzw. den beweglichen Magneten in mechanischer Verbindung.
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Insbesondere dient die Blockiereinrichtung der mechanischen Blockierung der Rotation bei Stillstand der Rotationseinrichtung, also wenn die Rotationseinrichtung nicht betätigt wird bzw. nicht in Form einer Bewegungsübertagung auf einen oder beide Magnete wirkt.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die Veränderung der Stärke des resultierenden Magnetfelds verhindert wird. Somit wird die Ausfallsicherheit erhöht und es kann auch bei Wegfall äußerer Kräfte, beispielsweise beim Stromausfall, nicht zu einer Entkopplung des mittels der entsprechenden Einrichtung zur Handhabung gehaltenen Gegenstands kommen.
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In der zweiten relativen Ausrichtung üben die Pole der beiden Magneten wechselseitige Anziehung aufeinander auf, wodurch diese relative Ausrichtung stabilisiert ist. Mit anderen Worten handelt es sich um den angestrebten Zustand des monostabilen Systems. Eine erfindungsgemäße Blockiereinrichtung wirkt insbesondere in bzw. nahe der ersten relativen Ausrichtung der beiden Magnete, wie in der Folge im Detail beschrieben. Um eine Blockierung der dritten relativen Ausrichtung zu erzielen, könnte beispielsweise eine Bremse oder ein selbsthemmendes Getriebe genutzt werden.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Blockiereinrichtung zwei einander in einer definierten Winkelposition der beiden Magneten kontaktierende Anschlagelemente, welche eine Relativbewegung der beiden Magneten hin zur zweiten relativen Ausrichtung blockieren. Die Anschlagelemente sind derart angeordnet, dass sie die Blockierung in einer dritten relativen Ausrichtung der beiden Magneten realisieren, die der ersten relativen Ausrichtung der beiden Magneten benachbart ist. Auf diese Weise erfolgt eine mechanische Selbsthemmung des wenigstens einen beweglich angeordneten Magneten, welche jede die Stärke des resultierenden Magnetfelds verringernde Änderung der relativen Ausrichtung der Magneten verhindert.
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Es wird somit eine Relativbewegung zwischen den beiden Magneten in einer definierten Winkelposition blockiert. Diese ist insbesondere nahe der ersten relativen Ausrichtung, sodass die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds im Fall der Blockierung ein resultierendes Magnetfeld realisiert, welches im Wesentlichen bzw. annähernd die Stärke des maximalen Magnetfelds aufweist.
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Jedes der Anschlagelemente ist insbesondere mechanisch mit einem der Magneten verbunden bzw. an einem der Magneten angeordnet. Mit anderen Worten wird das infolge der wirkenden Kräfte der Magnetfelder der beiden Magneten bestehende Bestreben einer Rotation hin zur zweiten relativen Ausrichtung mittels der Blockiereinrichtung verhindert.
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Beispielsweise weisen die in der ersten relativen Ausrichtung befindlichen Magnete, deren Magnetfelder sich zu einem im Wesentlichen maximalen resultierenden Magnetfeld addieren, einen auf diese Weise definierten Winkel von 0° zueinander auf. Bei einem Winkel von 180° bzw. -180° stehen die Magnete dagegen in der zweiten relativen Ausrichtung, sodass das resultierende Magnetfeld durch wechselseitige Auslöschung eine minimale Stärke aufweist bzw. gegen null geht. Die beiden Magnete sind bestrebt, diesen Zustand zu erreichen, und üben mittels ihrer Magnetfelder dementsprechende Kräfte aufeinander aus. Die Anschlagelemente blockieren eine Relativbewegung der beiden Magneten über einen Winkel von -3° hinaus und hin zu kleineren Winkeln. Sind die beiden Magnete im Winkel von -3° angeordnet, ist der bei 0° befindliche Totpunkt überwunden, sodass die Magnete bestrebt sind, einen noch kleineren Winkel hin zu -180° bezüglich einander zu realisieren, was durch die Anschlagelemente verhindert wird. Das resultierende Magnetfeld ist nahe der maximalen Stärke und die beiden Magnete hemmen sich selbst, sodass eine Veränderung der relativen Ausrichtung der beiden Magnete zueinander verhindert ist.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die Blockierung auf einfache, wenig fehleranfällige und sichere Weise realisierbar ist.
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Die Handhabung des Gegenstands meint zumindest das Halten des Gegenstands mittels Magnetkraft. Erfindungsgemäß ist damit die zumindest temporäre Fixierung des Gegenstands an oder in der Nähe der Einrichtung zur Handhabung, beispielsweise an einer von dieser umfassten Kontaktierungseinrichtung, durch magnetische Anziehungskräfte gemeint. Mit anderen Worten ist ein kraftschlüssiges Halten mittels des resultierenden Magnetfelds der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds gemeint.
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Der ferromagnetisches Material aufweisende Gegenstand ist mit anderen Worten ein magnetisierbarer bzw. magnetisierter Gegenstand. Beispielsweise ist ein Bauteil aus Metallblech gemeint.
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Insbesondere ist die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds in einem von der Einrichtung zur Handhabung umfassten Gehäuse angeordnet. Dieses kann im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet sein, wobei die Koppeleinrichtung im Bereich einer ersten Stirnseite und eine Kontaktierungseinrichtung im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite angeordnet sind. Das quaderförmige Gehäuse kann ein Verhältnis von Breite bzw. Tiefe zu Länge zwischen 0,1 und 0,8, insbesondere zwischen 0,2 und 0,6 aufweisen und somit länglich ausgestaltet sein. Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Einrichtung realisierbar und ein in einem Transportbehältnis angeordneter Gegenstand ist besonders gut zugänglich bzw. handhabbar.
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Die Koppeleinrichtung ist typischerweise zur mechanischen Koppelung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds an einen Industrieroboter, beispielsweise einen 6-Achs-Roboter, eingerichtet.
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Mittels der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds ist wie beschrieben die Beeinflussung des resultierenden Magnetfelds möglich, sodass mittels der Einrichtung zur Handhabung wenigstens zwei und insbesondere eine Vielzahl unterschiedlicher Gegenstände einzeln handhabbar sind. Somit bringt die Einrichtung zur Handhabung eine hohe Flexibilität mit sich. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Einrichtung einen geringen Platzbedarf auf, da die wenige Teile umfassende Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds sowie die Koppeleinrichtung platzsparend angeordnet bzw. in oder an einem Gehäuse untergebracht sein können. Insbesondere ist die Einrichtung zur Handhabung geeignet, unsortierte Gegenstände einzeln direkt aus dem Transportbehälter zu entnehmen, auch als Entstapeln bezeichnet, und automatisiert der Montage zuzuführen. Ein zusätzlicher Schritt zum Entstapeln ist nicht notwendig. Bei Nutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Handhabung ist der Kommissionierungsaufwand somit deutlich verringert.
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Typischerweise ist zumindest derjenige Bereich des Gegenstands gemeint, der mittels der Einrichtung zur Handhabung gegriffen werden soll. Insbesondere dient die Erfassungseinrichtung der Erfassung wenigstens einer Information bezüglich einer Geometrie, Größe, Ausrichtung und/oder Position eines handzuhabenden Gegenstands.
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Die Erfassungseinrichtung kann zur Aufnahme von Daten bezüglich der Höhe bzw. zur Aufnahme dreidimensionaler Informationen eingerichtet sein. Sie umfasst insbesondere wenigstens eine digitale Kamera. Somit können mittels der Auswerteinheit automatisiert auswertbare Bildinformationen erfasst werden, die zur Steuerung der Bewegung bzw. Position der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds und/oder der relativen Ausrichtung der beiden Magneten nutzbar sind. Erfassungseinrichtung und Auswerteinheit dienen insbesondere der Lokalisierung wenigstens eines handzuhabenden Gegenstands, beispielsweise in einem Transportbehältnis wie einer Kiste, sodass die Einrichtung zur Handhabung möglichst genau an eine Zielposition am Gegenstand bewegbar ist und auf diese Weise den Gegenstand an der passenden Stelle mittels Magnetkraft greifen kann.
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Die Auswerteinheit dient der Auswertung bzw. Verarbeitung der erfassten Information, sodass sie von einer Bewegungssteuerung zwecks Steuerung der Bewegung bzw. Position der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds bzw. der relativen Ausrichtung der beiden Magneten nutzbar ist. Demnach steht die Auswerteinheit mit der Bewegungs- und/oder Positionierungsvorrichtung, der Schwenkeinrichtung und/oder der Rotationseinrichtung in datentechnischer Verbindung bzw. ist in eine solche bringbar.
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Die Auswerteinheit kann Teil einer Steuerungseinrichtung, insbesondere einer digitalen Steuerungseinrichtung, wie etwa eines digitalen Computers sein. Dieser kann beispielsweise auch eine geeignete Bewegungssteuerung umfassen, mittels welcher die Rotationseinrichtung, die Schwenkeinrichtung und/oder die Positionierungs- und/oder Bewegungsvorrichtung steuerbar sind.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die Sicherheit der Einrichtung zur Handhabung erhöht ist, da ein fehlerhaftes Greifen, in dessen Folge beispielsweise ein Abrutschen des Gegenstands von der Kontaktierungseinrichtung erfolgen könnte, verhindert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Bereitstellung der Gegenstände in geordneter Ausrichtung nicht notwendig ist.
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Eine Ausgestaltung der Einrichtung zur Handhabung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine stufenlose relative Positionierung des ersten Magneten und des zweiten Magneten in Bezug zueinander zu realisieren. Somit ist das resultierende Magnetfeld stufenlos beeinflussbar.
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Mit anderen Worten ist zumindest in einem Winkelbereich zwischen der ersten und der zweiten relativen Ausrichtung jede beliebige dritte relative Ausrichtung der beiden Magneten möglich. Somit ist eine stufenlose Beeinflussung bzw. Anpassung des resultierenden Magnetfelds bzw. der resultierenden Magnetkraft an ein mittels einer die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds aufweisende Einrichtung zur Handhabung zu greifendes Bauteil möglich.
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In alternativer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung dazu ausgestaltet ist, die Relativbewegungen der Magneten in relativ kleinen Stufen durchzuführen, so dass die relativen Ausrichtungen der beiden Magneten zueinander relativ fein gestuft einstellbar ist. Mit anderen Worten ist eine Vielzahl dritter relativer Ausrichtungen möglich.
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Diese Ausgestaltungen bringen den Vorteil mit sich, dass in Abhängigkeit von Masse, Geometrie, magnetischen Eigenschaften und ggf. anderen Parametern des handzuhabenden Gegenstands zwischen Minimum und Maximum eine Vielzahl beliebiger Stärken des resultierenden Magnetfelds eingestellt werden kann, sodass die Magnetkraft für jeden beliebigen Gegenstand einstellbar ist.
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In einer Ausgestaltung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds ist der erste Magnet und/oder der zweite Magnet ein Dauermagnet.
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Dauermagnete werden auch als Permanentmagnet bezeichnet. Sie zeichnen sich im Vergleich zu Elektromagneten dadurch aus, dass ihr jeweiliges Magnetfeld nicht von äußerer Energiezufuhr abhängig ist. Auf diese Weise wird der Vorteil einer höheren Sicherheit erzielt, da das Greifen bzw. Handhaben von Gegenständen mittels einer die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds aufweisenden Einrichtung zur Handhabung nicht abhängig von der Stromzufuhr ist und somit auch im Falle eines Stromausfalls der sicherer Halt des Gegenstands gewährleistet werden kann.
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Insbesondere umfasst die Rotationseinrichtung einen Motor, beispielsweise einen Elektromotor, zur Realisierung der Rotation. Dieser kann gemeinsam mit den Magneten in einem Gehäuse angeordnet sein.
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In einer Ausgestaltung weist die Einrichtung zur Handhabung wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung zur Kontaktierung wenigstens eines handzuhabenden Gegenstands, beispielsweise einen Polschuh, auf.
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Mittels der Kontaktierungseinrichtung kann der handzuhabende Gegenstand in einer definierten Position in Bezug zur Einrichtung zur Handhabung gehalten werden. Insbesondere ist die konkrete Ausgestaltung der Kontaktierungseinrichtung, also beispielsweise deren Größe und/oder Geometrie, der Größe bzw. Geometrie des handzuhabenden Gegenstands anzupassen.
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Zusätzlich zum oben beschriebenen kraftschlüssigen Halten mittels Magnetkraft kann somit bei einer bereichsweise korrespondierenden Geometrie von Gegenstand und Kontaktierungseinrichtung entlang wenigstens einer Richtung ein Formschluss herstellbar sein. Somit kann etwa eine translatorische Relativbewegung zwischen Gegenstand und Kontaktierungseinrichtung, also z. B. ein Rutschen des Gegenstands in Bezug zur Kontaktierungseinrichtung, verhindert werden. Auch kann die Kontaktierungseinrichtung eine beispielsweise ebene Kontaktfläche aufweisen, die zur Kontaktierung verschiedenster, einen ebenen Bereich aufweisender Gegenstände geeignet ist.
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Ein Polschuh dient dazu, die magnetischen Feldlinien des resultierenden Magnetfelds in einer definierten Form heraustreten zu lassen bzw. zu verteilen. Mit anderen Worten handelt es sich dabei um eine magnetisch optimierte Kontaktierungseinrichtung. Er kann aus einem magnetisierbaren Material wie beispielsweise aus magnetisierbarem Weicheisen hergestellt sein.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass der Gegenstand auf definierte und insbesondere hinsichtlich der Übertragung der Magnetkraft optimierte Weise und somit reproduzierbar und sicher handhabbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Einrichtung zur Handhabung weist diese eine Schwenkeinrichtung zum Schwenken der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds in Bezug zur Koppeleinrichtung auf. Insbesondere umfasst die Schwenkeinrichtung wenigstens eine Getriebestange, auch als Koppel bezeichnet, zur Übertragung einer Schwenkbewegung auf die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds. Selbstverständlich können beliebige andere Bewegungsübertragungseinrichtungen genutzt werden, wie beispielsweise Zahnriemen.
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Die Schwenkeinrichtung ermöglicht auf einfache Weise eine exakte Positionierung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds bzw. der Kontaktierungseinrichtung der Einrichtung zur Handhabung. Typischerweise ist die Schwenkeinrichtung motorgetrieben, sodass ein Schwenken auf automatisierbare Weise realisierbar ist. Beispielsweise umfasst sie einen Elektromotor, ggf. mit einem geeigneten Getriebe, bzw. einen Getriebemotor, sowie wenigstens eine damit verbundene Getriebestange. Insbesondere weist die Schwenkeinrichtung eine mittels eines Motors angetriebene bzw. antreibbare Dreheinrichtung, beispielsweise eine Kurbel in Form einer Drehscheibe, auf. Eine Drehbewegung dieser Dreheinrichtung kann mittels der als Getriebestange bezeichneten Koppel auf die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds übertragbar sein. Zur gleichmäßigen Belastung kann die Schwenkeinrichtung zwei parallel angeordnete Getriebestangen bzw. Koppel aufweisen.
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Die Schwenkeinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass sie eine Schwenkbewegung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds um eine Achse ermöglicht, die senkrecht zu einer Längsachse der Einrichtung zur Handhabung wenigstens eines Gegenstands bzw. des Gehäuses verläuft, die durch die Reihenanordnung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds und der daran mechanisch angeschlossenen Koppeleinrichtung definiert ist. Mit anderen Worten kann die der Koppeleinrichtung gegenüberliegende Seite der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds schwenkbar angeordnet sein.
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Die Schwenkeinrichtung ermöglicht auf vorteilhafte Weise ein Verschwenken der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds bzw. der Kontaktierungseinrichtung zum Greifen von Bauteilen, die z. B. am Rand eines Behälters liegen. Somit wird die Zugänglichkeit erhöht und die Handhabung von Gegenständen wird einfacher und weniger fehleranfällig. Insbesondere lassen sich auf diese Weise ungeordnet gelagerte Bauteile bzw. am Rand eines Transportbehältnisses angeordnete Bauteile greifen bzw. handhaben.
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Eine weitere Ausgestaltung der Einrichtung zur Handhabung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinrichtung eine Antriebseinrichtung, insbesondere einen Elektromotor, zur Realisierung der Rotation wenigstens eines Magneten aufweist. Die Einrichtung zur Handhabung weist eine Positionserkennungseinrichtung zur Erkennung einer Position eines beweglichen Elements der Antriebseinrichtung bzw. eines mittels der Antriebseinrichtung beweglichen Elements, insbesondere einen Winkelsensor, zwecks Erhalts einer Information über die relative Ausrichtung der beiden Magneten auf.
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Mit anderen Worten ist eine Position eines beliebigen beweglichen Elements der Antriebseinrichtung bzw. eines beliebigen Elements, welches mittels der Antriebseinrichtung bewegbar ist, erkennbar. Insbesondere ist eine Winkelposition gemeint. Auf diese Weise kann eine Information über die Stärke des resultierenden Magnetfelds erhalten werden. Insbesondere ist die Positionserkennungseinrichtung zur Weitergabe wenigstens einer digitalen Information über die Position eingerichtet. Sie kann Teil einer Steuerungseinrichtung, insbesondere einer digitalen Steuerungseinrichtung, oder mit einer solchen verbunden sein. Die Antriebseinrichtung kann in einem Gehäuse der Einrichtung zur Handhabung angeordnet sein.
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Beispielsweise ist die Positionserkennungseinrichtung als Winkelsensor zur Erkennung einer Winkelposition eines die Rotationseinrichtung antreibenden Elektromotors ausgestaltet. Das bewegliche Element der Antriebseinrichtung bzw. das mittels der Antriebseinrichtung bewegliche Element kann ein Teil des Elektromotors, beispielsweise ein Rotor, ein mittels des Elektromotors antreibbarer erster bzw. zweiter Magnet und/oder ein beliebiges anderes Element sein, welches zur Rotation wenigstens eines der beiden Magneten beweglich ist. Zwischen Elektromotor und dem damit beweglichen Magneten kann ein Untersetzungsgetriebe angeordnet sein. Die Positionserkennungseinrichtung kann in diesem Fall eine Recheneinrichtung umfassen, die zur Umrechnung der erkannten Winkelposition mittels einer Information über ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwecks Erhalts einer Information über die relative Ausrichtung der Magnete eingerichtet ist.
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Beispielsweise kann die Positionserkennungseinrichtung eine Information über die Ausrichtung eines Magneten, wenn lediglich ein Magnet beweglich ist, oder über die jeweiligen Ausrichtungen der beiden Magneten, wenn beide beweglich sind, ermitteln.
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Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die Einrichtung zur Handhabung besonders sicher nutzbar ist, da eine einzustellende relative Position der beiden Magneten überprüfbar ist und somit die Beeinflussung des resultierenden Magnetfelds weniger fehleranfällig ist. Auch ist die Einstellung der gewünschten relativen Position der beiden Magneten besonders exakt möglich.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Einrichtung zur Handhabung weist diese einen Magnetfeldsensor zwecks Erhalts einer Information über das Vorhandensein eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands an der Einrichtung zur Handhabung und/oder über die relative Ausrichtung der beiden Magneten zueinander auf.
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Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor eine Information über die Ausrichtung eines Magneten, wenn lediglich ein Magnet beweglich ist, oder über die jeweiligen Ausrichtungen der beiden Magneten, wenn beide beweglich sind, ermitteln.
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Diese Ausgestaltung basiert auf der Erkenntnis, dass die Stärke des resultierenden Magnetfelds sowohl durch die relative Ausrichtung der beiden Magneten als auch durch das Vorhandensein eines mittels Magnetkraft des resultierenden Magnetfelds gehaltenen Gegenstands beeinflusst wird. Dieser Einfluss kann demzufolge mittels eines geeigneten Magnetfeldsensors ermittelt und ausgewertet werden.
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Dies bringt den Vorteil mit sich, dass auf einfache und direkte und somit wenig störungsanfällige Weise eine Information über die Anordnung eines Gegenstands bzw. über die relative Ausrichtung der beiden Magneten ableitbar ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die Einrichtung zur Handhabung eine Erkennungseinrichtung zur Erkennung eines vom Elektromotor der Rotationseinrichtung aufgenommenen elektrischen Stroms aufweisen. Diese kann dazu genutzt werden, die relative Ausrichtung der beiden Magneten zu bestimmen. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die aufzubringende Kraft zur Rotation eines Magneten abhängig von den Wirkungen der beiden Magnetfelder und somit von der relativen Ausrichtung der Magneten zueinander ist und dass dies sich wiederum in der vom Elektromotor aufgenommenen Stromstärke widerspiegelt. Dies hängt damit zusammen, dass die bei der Rotation zu überwindende Magnetkraft abhängig vom Winkel zwischen den beiden Magneten ist. Auf diese Weise kann ohne externe Sensoren erkannt werden, in welcher relativen Ausrichtung die Magnete zueinander angeordnet sind.
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Die Erkennungseinrichtung kann auch genutzt werden, um eine Information über das Vorhandensein eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands an der Einrichtung zur Handhabung zu erhalten. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Stromstärke Aufschluss darüber geben kann, ob ein Gegenstand mittels Magnetkräften an der Einrichtung befestigt ist, da in diesem Fall die zur Rotation benötigte Stromstärke höher ist als ohne einen befestigten Gegenstand.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands, insbesondere eines ferromagnetischen Werkstücks, mittels Magnetkraft. Dabei wird eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Handhabung zur Verfügung gestellt. Es wird mittels der Rotationseinrichtung der erste Magnet und/oder der zweite Magnet zwecks Realisierung einer definierten relativen Ausrichtung der beiden Magneten zueinander rotiert, sodass ein aus Überlagerung der jeweiligen Magnetfelder des ersten Magneten und des zweiten Magneten resultierendes Magnetfeld beeinflusst wird. Es wird ein ferromagnetisches Material aufweisender Gegenstand, insbesondere ein ferromagnetisches Werkstück, mittels einer Magnetkraft des resultierenden Magnetfelds an der Einrichtung zur Handhabung gehalten.
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Es wird die erste, zweite oder dritte relative Ausrichtung der beiden Magneten eingestellt. Insbesondere wird wenigstens ein Magnet derart rotiert, dass die beiden Magneten in der dritten relativen Ausrichtung angeordnet sind.
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Zum Halten des Gegenstands wird insbesondere ein mechanischer Kontakt des Gegenstands mit einer Kontaktierungseinrichtung der Einrichtung zur Handhabung hergestellt.
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Typischerweise ist die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds mittels der Koppeleinrichtung mechanisch an eine Positionierungs- und/oder Bewegungsvorrichtung, beispielsweise einen Industrieroboter, gekoppelt. Sie kann mittels dieser bewegt und/oder positioniert werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Bewegung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds und insbesondere der Einrichtung zur Handhabung, beispielsweise mittels der Positionierungs- und/oder Bewegungsvorrichtung und/oder mittels der Schwenkeinrichtung, sodass der Gegenstand nach dessen Greifen mittels der Einrichtung zur Handhabung aufgenommen und beispielsweise aus einem Transportbehälter entnommen wird. Typischerweise wird die Bewegung derart realisiert, dass der Gegenstand um höchstens wenige Zentimeter bewegt wird. Auf diese Weise wird das Entstapeln, also das vereinzelnde Greifen des Gegenstands, realisiert. Insbesondere wird somit ein einzelnes Werkstück aus einer Vielzahl von Werkstücken, beispielsweise im Transportbehälter, separiert. Dabei wird mittels einer geeigneten dritten relativen Ausrichtung lediglich diejenige Stärke des resultierenden Magnetfelds realisiert, die zum Halten bzw. Greifen des Gegenstands notwendig ist, sodass eine Beeinflussung anderer Gegenstände minimiert bzw. ausgeschlossen ist und das Entstapeln sicher und effektiv erfolgen kann bzw. eine Entnahme eines einzelnen Gegenstands möglich ist.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird während des Haltens des Gegenstands und/oder nach der Bewegung des Gegenstands mittels der Rotationseinrichtung der erste Magnet und/oder der zweite Magnet zueinander rotiert, sodass die Stärke zumindest eines Bereichs des resultierenden Magnetfelds erhöht wird. Dies erfolgt zur Erhöhung zum Halten des Gegenstands genutzten Kraft und somit zur Steigerung der Transportsicherheit bei einer Bewegung des Gegenstands. Insbesondere erfolgt dabei bzw. im Anschluss eine mechanische Blockierung der Rotation des ersten und/oder zweiten Magneten mittels einer Blockiereinrichtung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds zwecks Verhinderung einer Veränderung der relativen Ausrichtung der beiden Magneten. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch im Falle eines Stromausfalls der Gegenstand sicher gehalten wird.
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Insbesondere erfolgt anschließend eine weitere Bewegung des Gegenstands mittels der Positionierungs- und/oder Bewegungsvorrichtung und/oder mittels der Schwenkeinrichtung, die dem Transport des Gegenstands zu einer Zielposition dient. Mit anderen Worten erfolgt ein zweischrittiger Transport, bei welchem die Separation bzw. das Entstapeln lediglich mit der zum Halten des Gegenstands notwendigen Stärke des resultierenden Magnetfelds realisiert wird. Der Transport des Gegenstands zur Zielposition erfolgt wiederum unter Nutzung eines resultierenden Magnetfelds, welches eine größere Stärke, insbesondere im Wesentlichen die maximale Stärke, aufweist, sodass die Transportsicherheit erhöht wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
- 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds,
- 2: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Handhabung wenigstens eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands, sowie
- 3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Handhabung in Vorbereitung der Durchführung von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt auf schematische Weise die erfindungsgemäße Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10. Diese umfasst einen ersten Magneten 11 sowie einen zweiten Magneten 12, welche gleichartig, scheibenförmig ausgestaltet und koaxial übereinander angeordnet sind. Der oben angeordnete erste Magnet 11 kann auch als Rotor bezeichnet werden, da er mittels der Rotationseinrichtung 15 rotierbar ist, um die relative Ausrichtung der beiden Magneten 11, 12 zu beeinflussen. Der unten angeordnete zweite Magnet 12 ist unbeweglich an bzw. in der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 angeordnet und wird somit auch als Stator bezeichnet. Die Rotation 16 des ersten Magneten 11 erfolgt um die gemeinsame Achse der beiden Magneten 11, 12.
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In der unten links dargestellten zweiten relativen Ausrichtung 32 überlagert der magnetische Nordpol N des ersten Magneten den magnetischen Südpol S des zweiten Magneten und umgekehrt. Auf diese Weise erfolgt eine wechselseitige Auslöschung der beiden Magnetfelder, in deren Folge das resultierende Magnetfeld 25 zumindest im Bereich unterhalb der beiden Magneten 11, 12 minimal ist bzw. gegen null geht. Mit anderen Worten sind die Pole der beiden Magneten im Wesentlichen entgegengesetzt ausgerichtet.
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In der mittig dargestellten ersten relativen Ausrichtung 31 sind die Pole der beiden Magneten 11, 12 im Wesentlichen gleich ausgerichtet, sodass sich die jeweiligen Magnetfelder überlagern und eine maximale Stärke des resultierenden Magnetfelds 25 realisieren.
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In der oben rechts dargestellten dritten relativen Ausrichtung 33 realisieren die beiden Magneten 11, 12 eine von der ersten relativen Ausrichtung 31 sowie der zweiten relativen Ausrichtung 32 abweichende Ausrichtung, in welcher sich ein Winkel α zwischen 0° und 180° zwischen den beiden Magneten 11, 12 einstellt. Somit wird eine Stärke des resultierenden Magnetfelds 25 realisiert, die geringer ist als die maximale Stärke und größer als die minimale Stärke. Diese Stärke ist vom Winkel α abhängig und wird maximal, wenn der Winkel α gegen null geht, was der ersten relativen Ausrichtung 31 entspricht. Entsprechend ist die Stärke des resultierenden Magnetfelds 25 minimal, wenn der Winkel α gegen 180° geht, was der zweiten relativen Ausrichtung 32 entspricht. Die hier gezeigte Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 ist eingerichtet, jeden beliebigen Winkel α zwischen 0° und 180° einzustellen. Mit anderen Worten ist in diesem Winkelbereich eine stufenlose Beeinflussung des resultierenden Magnetfelds 25 möglich. Beide Magnete sind Dauermagnete, sodass auch bei Wegfall der externen Energieversorgung, beispielsweise im Falle eines Stromausfalls, die mittels des resultierenden Magnetfelds 25 ausgeübte Magnetkraft aufrechterhalten bleibt.
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Auf der linken Seite unterhalb der beiden gezeigten relativen Ausrichtungen 31, 32 der Magnete 11, 12 ist schematisch ein Gegenstand 88, nämlich ein Blechbauteil dargestellt.
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Die Rotationseinrichtung 15 umfasst eine Antriebseinrichtung, nämlich einen Elektromotor 17, sowie ein damit antreibbares Getriebe 18 zur Realisierung einer geeigneten Drehzahl zwecks Rotation 16 des ersten Magneten 11. Die Rotation 16 des ersten Magneten 11 dient der Beeinflussung der sich überlagernden Magnetfelder der beiden Magneten 11, 12 und somit des aus beiden Magnetfeldern durch Überlagerung bzw. Auslöschung resultierenden Magnetfelds 25.
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Als Gegenstand einer die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 aufweisenden Einrichtung zur Handhabung eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands (hier nicht gezeigt) ist eine Positionserkennungseinrichtung, nämlich ein Winkelsensor 65, zur Erkennung einer Position eines Elements des Elektromotors 17 an diesem angeordnet. In der hier gezeigten Ausgestaltung ist das Element des Elektromotors 17, dessen Position auf diese Weise erkennbar ist, der Rotor des Elektromotors 17. Zwecks Erhalts einer Information bezüglich der relativen Ausrichtung der beiden Magneten 11, 12 umfasst die Positionserkennungseinrichtung eine Recheneinrichtung zur Umrechnung der erkannten Winkelposition mittels einer Information über ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes.
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Ebenfalls als Gegenstand der Einrichtung zur Handhabung ist ein Magnetfeldsensor 64 dargestellt, der dem Erhalt einer Information über das Vorhandensein eines ferromagnetisches Material aufweisenden Gegenstands 88 an der Einrichtung zur Handhabung 40 und/oder über die relative Ausrichtung der beiden Magneten 11, 12 zueinander dient.
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2 zeigt eine konkrete konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Handhabung 40. Diese umfasst in ihrem unteren Bereich ein längliches quaderförmiges Gehäuse mit quadratischem Querschnitt, in welchem die erfindungsgemäße Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 angeordnet ist.
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Die Einrichtung zur Handhabung 40 umfasst weiterhin eine Koppeleinrichtung 42 zur mechanischen Koppelung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 an einen (hier nicht dargestellten) Industrieroboter, sodass die Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 von diesem bewegt bzw. positioniert werden kann. Das Gehäuse der Einrichtung zur Handhabung 40 und somit die daran angeordnete Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 ist mittels einer Schwenkeinrichtung 50 schwenkbar in Bezug zu Koppeinrichtung 42 angeordnet. Die Schwenkeinrichtung 50 umfasst zwei parallel angeordnete Getriebestangen 52, welche der Übertragung einer Schwenkbewegung einer Drehscheibe 53 auf das Gehäuse und somit der Rotation des Gehäuses um die Schwenkachse 57 dienen. Alternativ wäre hier beispielsweise ein Zahnriementrieb zur Übertragung der Drehbewegung möglich. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Einrichtung zur Handhabung 40 auf einfache und effektive Weise schwer zugängliche Gegenstände mittels Magnetkraft greifen.
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Rückseitig hinter der Drehscheibe 53 ist ein Träger 55 dargestellt, an welchem ein geeigneter Motor, ein Getriebe bzw. einen Getriebemotor zum Antrieb der Drehscheibe 53 anordbar ist.
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Die Einrichtung zur Handhabung 40 weist darüber hinaus zwei als Polschuhe 45 ausgestaltete Kontaktierungseinrichtungen 44 auf, mittels welchen ein zu greifender bzw. handzuhabender Gegenstand auf definierte bzw. reproduzierbare Weise kontaktierbar und somit greifbar ist. Diese weisen ein Profil mit mehreren Kontaktflächen auf, wobei die seitlichen, einander gegenüberliegenden Kontaktflächen dazu eingerichtet sind, einen Formschluss mit bestimmten handzuhabenden Gegenständen zu realisieren, welcher eine Relativbewegung zwischen Gegenstand und Kontaktierungseinrichtung 44 entlang der Haupterstreckungsebene der jeweiligen Kontaktierungseinrichtung 44 blockiert. Die stirnseitig angeordneten, nach unten weisenden Kontaktflächen dienen der Kontaktierung bzw. Handhabung beliebig geformter Gegenstände mit wenigstens einem im Wesentlichen ebenen Formbereich.
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Zwischen Koppeleinrichtung 42 und Schwenkeinrichtung 50 umfasst die Einrichtung zur Handhabung 40 darüber hinaus einen Crashsensor 72. Dieser dient der Erkennung eines infolge eines Aufpralls auftretenden Impulses, Drehmoments und/oder einer entsprechenden Kraft. Er ist derart mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Bewegung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 verbunden bzw. in Wirkverbindung bringbar, dass bei Erkennung eines Aufpralls ein entsprechender Steuerungsbefehl zur Ansteuerung der Bewegungs- und/oder Positionierungsvorrichtung bzw. der Schwenkeinrichtung ausgebbar ist, sodass eine Bewegung der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 gestoppt bzw. verhindert werden kann.
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In 3 ist die aus 2 bekannte Einrichtung zur Handhabung 40 in einer Montageumgebung dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Einrichtung zur Handhabung 40 mittels der Koppeleinrichtung 42 an einen Industrieroboter 70 gekoppelt ist. Darüber hinaus sind die oben bereits beschriebenen Elemente der Schwenkeinrichtung 50, nämlich Drehscheibe 53, Getriebestange 52 und Schwenkachse 57, dargestellt. Schematisch ist ebenfalls anhand zweier unterschiedlicher Positionen der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 deren Schwenkbewegung 59 gezeigt.
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Im linken Bildbereich, auch als Zuführbereich 82 bezeichnet, ist ein befüllter Transportbehälter 80 dargestellt, in welchem handzuhabende Gegenstände in ungeordneter Weise angeordnet sind. Der rechte Bildbereich wird auch als Anlagenbereich 84 bezeichnet, in welchem die erfindungsgemäße Einrichtung zur Handhabung 40 angeordnet ist.
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Oberhalb des befüllten Transportbehälters 80 ist ein Erfassungseinrichtung 68, nämlich eine digitale Kamera angeordnet, welche in datentechnischer Verbindung mit einer Auswerteinheit 62 als Teil einer Steuerungseinrichtung 60 steht. Diese dient der Erfassung einer Information bezüglich der Geometrie, Größe, Ausrichtung bzw. Position wenigstens eines handzuhabenden Gegenstands aus dem befüllten Transportbehälter 80. Die Auswerteinheit dient der Auswertung der erfassten Information zwecks Steuerung der Bewegung bzw. Position der Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds 10 und/oder der relativen Ausrichtung der beiden Magneten 11, 12 unter Nutzung der Information. Dazu steht die Steuerungseinrichtung 60 in datentechnischer Verbindung mit dem Industrieroboter 70 bzw. mit der Schwenkeinrichtung 50. Mit anderen Worten kann mittels einer Kamera eine Position eines handzuhabenden Gegenstands bestimmt werden und anhand dieser Information kann die Errichtung zur Handhabung 40 derart bewegt werden, dass der handzuhabende Gegenstand auf effektive Weise gegriffen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Einrichtung zur Variation eines Magnetfelds
- 11
- Erster Magnet
- 12
- Zweiter Magnet
- 15
- Rotationseinrichtung
- 16
- Rotation
- 17
- Elektromotor
- 18
- Getriebe
- 25
- Resultierendes Magnetfeld
- 31
- Erste relative Ausrichtung
- 32
- Zweite relative Ausrichtung
- 33
- Dritte relative Ausrichtung
- 40
- Einrichtung zur Handhabung
- 42
- Koppeleinrichtung
- 44
- Kontaktierungseinrichtung
- 45
- Polschuh
- 50
- Schwenkeinrichtung
- 52
- Getriebestange
- 53
- Drehscheibe
- 55
- Träger
- 57
- Schwenkachse
- 59
- Schwenkbewegung
- 60
- Steuerungseinrichtung
- 62
- Auswerteinheit
- 64
- Magnetfeldsensor
- 65
- Winkelsensor
- 68
- Erfassungseinrichtung
- 70
- Industrieroboter
- 72
- Crashsensor
- 80
- Befüllter Transportbehälter
- 81
- Entleerter Transportbehälter
- 82
- Zuführbereich
- 84
- Anlagenbereich
- 88
- Gegenstand
- α
- Winkel
- N
- Magnetischer Nordpol
- S
- Magnetischer Südpol
