-
Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Auf dem Gebiet der Fertigungstechnik gewinnt die Automatisierung zunehmend an Bedeutung. Dabei ist es bekannt, manuell durchgeführte Arbeiten beispielsweise durch einen Industrieroboter ausführen zu lassen. Eine einfache Möglichkeit ist dabei, das manuelle Werkzeug mit einer Haltevorrichtung am Industrieroboter zu befestigen. Exemplarische Einsatzgebiete sind hierbei, beispielsweise im Fahrzeugbereich, die Fertigung von Karosserien. Dabei ist es bekannt, beispielsweise Schleifarbeiten im Anschluss an einen Lackierprozess mit einem Industrieroboter durchzuführen.
-
Bei derartigen Prozessen gibt es hohe Anforderungen an die Genauigkeit der durchgeführten Arbeiten. Konventionelle Handschleifmaschinen müssen allerdings in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden, wobei zur Gewährleistung der Genauigkeit im Arbeitsergebnis stets eine Neujustage der am Industrieroboter befestigten Handschleifmaschine notwendig ist. Neben dem Aufwand durch den Austausch der Handschleifmaschine an sich, führt die wiederholte Justage der Fertigungseinrichtung zu deutlich gesteigertem Wartungsaufwand. Auch sind derartige Methoden mit hohem Vibrationsgrad und infolgedessen Materialverschleiß, Geräuschbildung und Qualitätseinbußen verbunden.
-
Konventionell konnten solche Probleme nur durch manuelle Nacharbeit oder auch eine Inkaufnahme des häufigen Maschinenwechsels und der damit verbundenen neuen Justage gelöst werden.
-
Die
DE 10 2016 113 195 A1 offenbart einen Schleifautomat mit einem Roboter, der über ein Arbeitsende eines Arbeitsarms einen Schleifer führt. Zwischen dem Arbeitsende und dem Schleifer ist ein ACF-Sensor angeordnet.
-
Die
DE 10 2017 110 773 A1 beschreibt ein Schleifrobotersystem, bei dem die Drehzahl eines motorisierten Schleifapparats durch eine Steuereinheit berechnet wird und sich gemäß einer Bewegungsgeschwindigkeit eines distalen Endes des Roboters ändert.
-
Schließlich beschreibt die
FR 3 033 511 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung einer Oberfläche. Dabei können mehrere Behandlungseinheiten, beispielsweise zum Schleifen, an einem Roboterarm angebracht werden. Die Behandlungseinheit ist um mehrere rotatorische Achsen drehbar an dem Roboterarm gelagert.
-
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Industrieroboter zu schaffen, der die vorangehend genannten Probleme löst.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Industrieroboter mit einem modularen Endeffektor, umfassend wenigstens:
- - einen Aufnahmeflansch;
- - einen Werkzeugadapter, der in allen Freiheitsgraden definiert am Aufnahmeflansch befestigbar ist, sowie
- - ein Bearbeitungswerkzeug mit einem rotatorischen Antrieb.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Werkzeugadapter wenigstens eine Schnittstelle für Peripherie des Bearbeitungswerkzeugs umfasst und der Antrieb des Bearbeitungswerkzeugs von einer Bearbeitungsseite her in den Werkzeugadapter einsetzbar ist und dabei durch Formschluss quer zu seiner Rotationsachse in dem Werkzeugadapter positioniert wird und dass ein Konterelement vorgesehen ist, mit dem der Antrieb von der Bearbeitungsseite her gegen den Werkzeugadapter gesichert werden kann.
-
Mit anderen Worten ausgedrückt wird also eine Modularisierung vorgenommen, bei der vorzugsweise alle peripheren Bestandteile des Bearbeitungswerkzeugs am Roboter verbleiben können und im Wartungsfall lediglich ein Arbeitsmodul, umfassend den Antrieb und von diesem angetriebene Komponenten, ausgetauscht werden müssen. Hierzu können vorteilhaft auch originale Bestandteile einer Handschleifmaschine verwendet werden. Da der Werkzeugadapter im Wege der Wartungsarbeiten nicht vom Roboter entfernt werden muss und der Antrieb wiederholgenau in den Werkzeugadapter einsetzbar ist, entfällt der bisher erforderliche Justageprozess. Durch das modulare Einsetzen und Kontern des Antriebs von der Bearbeitungsseite her ist der Austausch des Antriebs besonders einfach möglich. Versuche der Anmelder haben ergeben, dass dies in weniger als 10 Minuten möglich ist. Da der beschriebene Aufbau auch besonders stabil und somit vibrationsarm ist und die empfindlichen Bestandteile der Schleifmaschine im Werkzeugadapter geschützt gelagert sind, können im Gegensatz zu konventionellen Lösungen auch besonders hohe Standzeiten von mehr als drei Monaten erreicht werden.
-
Zur Begünstigung der Wiederholgenauigkeit kann der Werkzeugadapter vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, bestehen. Der Werkzeugadapter kann vorzugsweise ein gefrästes Teil sein, wodurch eine besonders hohe Formgenauigkeit erreichbar ist. Die Schnittstelle oder Schnittstellen können beispielsweise am Werkzeugadapter vorgesehene Anschlüsse und auch Kanäle innerhalb des Werkzeugadapters sein, die mit den Anschlüssen korrespondieren können.
-
Die Peripherie umfasst sowohl für den Betrieb des Bearbeitungswerkzeugs benötigte Einrichtungen, wie beispielsweise für eine Zu- und Abführung von Energie und Medien sowie zur Steuerung und Regelung, beispielsweise der Drehzahl des Antriebs. Beispielsweise kann auch eine Kühlung des Antriebs über den Werkzeugadapter, beispielsweise über die Kühlung eines Betriebsmediums, erfolgen. Entsprechendes gilt auch für eine Schmierung und Reinigung des Bearbeitungswerkzeugs.
-
Die Peripherie kann aber auch Einrichtungen für nachgelagerte Prozesse, wie beispielsweise eine Filterung abgesaugter Luft umfassen. Im Falle einer solchen Abluftrückführung sind auch die Wärme- und Geräuschentwicklung im Bereich des Bearbeitungswerkzeugs sehr gering. Als Bearbeitungswerkzeug kommen grundsätzlich alle rotatorisch angetriebenen Werkzeuge in Betracht, vorzugsweise Schleifmaschinen oder ähnliche Maschinen, beispielsweise zum Polieren, Bürsten oder Entgraten.
-
Der Antrieb kann gegen Verdrehen vorzugsweise durch einen einsetzbaren Bolzen in dem Werkzeugadapter gesichert sein oder auch durch an dem Antrieb und dem Werkzeugadapter vorgesehene Wirkflächen.
-
In bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass das Konterelement eine Überwurfmutter umfasst.
-
Die Überwurfmutter kann beispielsweise auf einen Stutzen am Werkzeugadapter von der Bearbeitungsseite her aufgeschraubt werden.
-
Der Austausch des Antriebs wird so weiter vereinfacht.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Schnittstelle für Peripherie ausgebildet ist, die eines oder mehrere Elemente aus folgender Gruppe umfasst: Fluidleitung, elektrische Leitung, Drucksensor, Drehzahlsensor.
-
Vorzugsweise können die Schnittstellen außen am Werkzeugadapter vorgesehene Anschlüsse umfassen, die mit innenliegenden Kanälen verbunden sein können oder auch Anschlussöffnungen für Leitungen oder Sensoren darstellen können, die mit dem Antrieb wirkverbunden werden.
-
Somit lässt sich die Peripherie besonders einfach über den Werkzeugadapter in das Bearbeitungswerkzeug einbinden.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass die Peripherie eines oder mehrere Elemente aus folgender Gruppe umfasst: Schmiermittelzuführung für den Antrieb, Absaugung zur Erzeugung eines Unterdrucks an der Bearbeitungsseite, Drucksensor zur Messung eines Drucks in einem Fluidkanal des Werkzeugadapters.
-
Die Schmiermittelzuführung kann beispielsweise eine am Werkzeugadapter befestigte Düse sein. Die Absaugung kann vorzugsweise einen Anschluss am Werkzeugadapter umfassen, der mit einem innenliegenden Kanal verbunden ist, der an die Bearbeitungsseite führt. Der Drucksensor kann beispielsweise den Druck in dem Kanal überwachen. Die Absaugung kann Rückstände der Bearbeitung oder auch die Schmierung des Antriebs sicher entfernen.
-
All dies trägt bei Aufrechterhaltung der modularen und kompakten Bauweise weiter dazu bei, dass die funktionale Sicherheit des Industrieroboters gesteigert wird.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Bearbeitungswerkzeug um ein Schleifwerkzeug handelt, welches eine an dem Antrieb befestigbare Schleifbelagaufnahme sowie eine an dem Werkzeugadapter befestigbare Absaugglocke umfasst.
-
Der erfindungsgemäße Industrieroboter ist somit besonders vorteilhaft für Fertigungsprozesse der eingangs genannten Art einsetzbar.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkzeugadapter an der Bearbeitungsseite einen Bund und eine Absaugöffnung aufweist, die durch den Werkzeugadapter mit einer Absaugung verbindbar ist und dass die Absaugglocke einen zu dem Bund komplementären Klippabschnitt sowie einen zu der Absaugöffnung komplementären Absaugstutzen umfasst.
-
Somit ist die Absaugglocke besonders vorteilhaft ohne zusätzliches Werkzeug oder Befestigungsmittel an den Bund anklippbar, wobei der Absaugstutzen einfach in die Absaugöffnung einsetzbar ist.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass die Peripherie und/oder der Werkzeugadapter mindestens eine Reinigungsdüse für die Schleifbelagaufnahme und/oder für die Absaugglocke umfasst. Vorzugsweise sind zwei Reinigungsdüsen vorgesehen, mit denen ein Strömungswirbel erzeugbar ist.
-
Über die Reinigungsdüse lässt sich beispielsweise ein Reinigungsmedium wie Druckluft in den Bereich der Schleifbelagaufnahme oder auch der Absaugglocke leiten. Vorzugsweise kann die Reinigungsdüse an der Bearbeitungsseite in den Werkzeugadapter integriert sein.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Antrieb um einen pneumatischen Antrieb handelt.
-
Der pneumatische Antrieb eignet sich insbesondere aufgrund seines geringen Gewichts, wobei eine einfache Versorgung mit einem Betriebsmedium besonders einfach über den Werkzeugadapter möglich ist. Ferner ist es mit dem pneumatischen Antrieb vorteilhaft möglich, den Industrieroboter der Erfindung in explosionsgefährdeten Bereichen einzusetzen, das heißt überall dort, wo ein explosionsfähiges Gemisch durch Gase und Stäube entstehen kann.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkzeugadapter Zu- und Abluftkanäle zur Versorgung des pneumatischen Antriebs umfasst.
-
Vorteilhaft kann auch die Schmiermittelzuführung über die Zuluftkanäle erfolgen, wobei eine sichere Abführung der beispielsweise ölhaltigen Luft über die Abluftkanäle gewährleistet ist. Zur Versorgung des Antriebs kann die Peripherie beispielsweise ein Proportionalventil und einen Initiator umfassen.
-
In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Industrieroboters der Erfindung ist vorgesehen, dass ein an dem Aufnahmeflansch befestigtes Zwischenelement vorgesehen ist, an dem der Werkzeugadapter befestigbar ist. Vorzugsweise ist der Werkzeugadapter formschlüssig an dem Zwischenelement befestigbar.
-
Somit ist auch für den eher seltenen Fall, dass der Werkzeugadapter selbst ausgetauscht werden muss, eine wiederholgenaue Montage des neuen Werkzeugadapters möglich.
-
Das Zwischenelement kann beispielsweise ein Haltewinkel sein.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders aufgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Industrieroboter im Bereich seines Endeffektors; und
- 2 einen Werkzeugadapter für einen erfindungsgemäßen Industrieroboter.
-
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Industrieroboter 10 im Bereich seines Endeffektors 12. Bei dem im Detail nicht weiter dargestellten Industrieroboter 10 kann es sich um jeden Roboter handeln, der in der Lage ist, ein Bearbeitungswerkzeug 14 zu führen.
-
Der Industrieroboter 10 umfasst einen Aufnahmeflansch 16, an dem ein Werkzeugadapter 18 befestigt ist. Die Befestigung ist mit einem Zwischenelement 20 in Form eines Haltewinkels 22 realisiert. Der Haltewinkel 22 ist sicher und in allen Freiheitsgraden definiert an dem Aufnahmeflansch 16 befestigt. Somit ist auch der Werkzeugadapter 18, der formschlüssig an dem Haltewinkel 22 befestigt ist, in gleicher Weise definiert mit dem Aufnahmeflansch 16 verbunden.
-
Bei dem Bearbeitungswerkzeug 14 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um ein Schleifwerkzeug 28. Das Bearbeitungswerkzeug 14 umfasst einen rotatorischen Antrieb 24, der im Inneren des Werkzeugadapters 18 in einem Aufnahmeraum 26 angeordnet ist (vergleiche 2).
-
Das Schleifwerkzeug 28 umfasst eine an dem Antrieb 24 befestigte Schleifbelagaufnahme 30. Ferner umfasst das Schleifwerkzeug 28 eine an dem Werkzeugadapter 18 befestigte Absaugglocke 32.
-
Der Werkzeugadapter 18 umfasst eine Vielzahl von Schnittstellen 34 für nicht im Detail dargestellte Peripherie 36 des Bearbeitungswerkzeugs 14. Bei dem Antrieb 24 handelt es sich in dem vorliegenden Beispiel um einen pneumatischen Antrieb 38. Die Peripherie 36 für den pneumatischen Antrieb 38 umfasst daher Fluidleitungen in Form einer Zuluftleitung 40 und einer Abluftleitung 42.
-
Die Fluidleitungen 40, 42 sind mit in dem Werkzeugadapter 18 vorgesehenen Zu- und Abluftkanälen 44, 46 zur Versorgung des pneumatischen Antriebs 38 verbunden (vergleiche 2). Die Zuluftleitung 40 ist mit einer nicht dargestellten Schmiermittelzuführung verbunden. Hierdurch ist eine permanente Schmierung des pneumatischen Antriebs 38 möglich, wobei die schmiermittelhaltige Luft durch die Abluftleitung 42 wieder abgeführt und einer Filterung zugeführt werden kann.
-
Weiterhin umfasst die Peripherie 36 vorliegend eine Absaugung 48, zur Erzeugung eines Unterdrucks an einer Bearbeitungsseite 50 des Bearbeitungswerkzeugs 14.
-
Der Unterdruck wird durch einen Fluidkanal 52 durch den Werkzeugadapter 18 an die Bearbeitungsseite 50 bis zu einer Absaugöffnung 53 geleitet (vergleiche 2). Dort ist ein Absaugstutzen 54 der Absaugglocke 32 in die Absaugöffnung 53 eingesetzt, was wiederum in 1 ersichtlich ist.
-
Weiterhin umfasst die Peripherie 36 einen nicht dargestellten Drucksensor, der über einen pneumatischen Anschluss 55 des Werkzeugadapters 18 an diesen anschließbar ist. Der Drucksensor dient der Messung des in dem Fluidkanal 52 herrschenden Drucks. Zu diesem Zweck ist ein Druckmesskanal 57 vorgesehen, an dem der pneumatische Anschluss 55 vorgesehen ist. Der Druckmesskanal 57 ist mit dem Fluidkanal 52 innerhalb des Werkzeugadapters 18 verbunden (vergleiche 2).
-
In dem in 1 gezeigten Zustand ist an dem pneumatischen Anschluss 55 eine pneumatische Leitung 56 angeschlossen. Um eine Verschmutzung des Druckmesskanals 57 zu verhindern, wird der pneumatische Anschluss 55 über die pneumatische Leitung 56 und eine nicht gezeigte externe Ventilsteuerung regelmäßig mit Druckluft rückgespült.
-
Die Peripherie 36 umfasst weiterhin einen Drehzahlsensor 60, der über einen Drehzahlmesskanal 61 an den Werkzeugadapter 18 angeschlossen ist (vergleiche 2). Der Drehzahlmesskanal 61 ist mit dem Aufnahmeraum 26 verbunden. Der Drehzahlsensor 60 ist über eine elektrische Leitung 58 in der in 1 gezeigten Ansicht rückseitig an dem Werkzeugadapter 18 vorgesehen. Der Drehzahlsensor 60 misst die Drehzahl des pneumatischen Antriebs 38.
-
Weiterhin umfasst der Werkzeugadapter 18 einen Reinigungskanal 63 mit zwei gegenüberliegenden Reinigungsdüsen 62 (vergleiche 2). Diese dienen der Reinigung der Schleifbelagaufnahme 30 sowie der Absaugglocke 32 und werden über eine weitere Zuluftleitung 64 der Peripherie 36 mit Druckluft versorgt. Die zwei Reinigungsdüsen 62 sind ausgebildet, einen Strömungswirbel zu erzeugen.
-
Der Antrieb 24 des in 1 gezeigten Bearbeitungswerkzeugs 14 ist von der Bearbeitungsseite 50 her in den Werkzeugadapter 18 einsetzbar. Dies sowie die Befestigung der Absaugglocke 32 wird unter Bezugnahme auf 2 im Folgenden näher erläutert.
-
Im oberen Teil der 2 ist der Werkzeugadapter 18 des Industrieroboters 10 in einer isometrischen Ansicht und im unteren Teil in einer Ansicht entgegen der Bearbeitungsrichtung 50 gezeigt.
-
Im oberen Teil der 2 ist der Aufnahmeraum 26 für den Antrieb 24 erkennbar. Im Bereich des Aufnahmeraums 26 weist der Werkzeugadapter 18 einen Bund 66 auf. Nachdem der Antrieb 24 in den Aufnahmeraum 26 eingesetzt ist, kann mit einem hier nicht weiter dargestellten Konterelement, beispielsweise einer Überwurfmutter, eine Sicherung des Antriebs 24 in Bearbeitungsrichtung 50 erfolgen. Durch das Einsetzen in den Aufnahmeraum 26 wird der Antrieb 24 quer zu seiner Rotationsachse, die parallel zur Bearbeitungsrichtung 50 verläuft, formschlüssig in dem Aufnahmeraum 26 positioniert.
-
Der Bund 66 weist ferner einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Steg 70 und einen Absatz 68 auf. Die in 1 gezeigte Absaugglocke 32 weist einen zu dem Steg 70 und dem Absatz 68 komplementären Klippabschnitt auf, mit dem sie zwischen dem Steg 70 und dem Absatz 68 angeklippt werden kann. Dabei ist auch der Absaugstutzen 54 in der Absaugöffnung 53 des Fluidkanals 52 positionierbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Industrieroboter
- 12
- Endeffektor
- 14
- Bearbeitungswerkzeug
- 16
- Aufnahmeflansch
- 18
- Werkzeugadapter
- 20
- Zwischenelement
- 22
- Haltewinkel
- 24
- Antrieb
- 26
- Aufnahmeraum
- 28
- Schleifwerkzeug
- 30
- Schleifbelagaufnahme
- 32
- Absaugglocke
- 34
- Schnittstellen
- 36
- Peripherie
- 38
- pneumatischer Antrieb
- 40
- Zuluftleitung
- 42
- Abluftleitung
- 44
- Zuluftkanal
- 46
- Abluftkanal
- 48
- Absaugung
- 50
- Bearbeitungsseite
- 52
- Fluidkanal
- 53
- Absaugöffnung
- 54
- Absaugstutzen
- 55
- pneumatischer Anschluss
- 56
- pneumatische Leitung
- 57
- Druckmesskanal
- 58
- elektrische Leitung
- 60
- Drehzahlsensor
- 61
- Drehzahlmesskanal
- 62
- Reinigungsdüsen
- 63
- Reinigungskanal
- 64
- weitere Zuluftleitung
- 66
- Bund
- 68
- Absatz
- 70
- Steg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016113195 A1 [0005]
- DE 102017110773 A1 [0006]
- FR 3033511 A1 [0007]
