DE102019119152A1

DE102019119152A1 - Vorrichtung und verfahren zum automatischen abziehen von schleifscheiben

Info

Publication number: DE102019119152A1
Application number: DE102019119152.1A
Authority: DE
Inventors: Ronald Naderer; Jakob Schinnerl
Original assignee: Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH
Current assignee: Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: EP3999277B1; WO2021008837A1; CN114126804B; CN114126804A; DE102019119152B4; KR20220031635A; US20220266422A1; EP3999277A1; JP2022541762A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum automatischen Abziehen einer Schleifscheibe von einer an einem Manipulator montierten Schleifmaschine beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung folgendes auf eine Auflageplatte mit einer Oberfläche zum Ablegen einer Schleifscheibe; ein bewegliches Klemmelement, welches in einer ersten Position in Bezug auf die Auflageplatte angehoben ist; ein Aktor, der mit dem Klemmelement gekoppelt und der dazu ausgebildet ist, das Klemmelement in eine zweite Position zu bewegen, in der das Klemmelement so gegen die Auflageplatte gedrückt wird, dass die Schleifscheibe zwischen Auflageplatte und Klemmelement eingeklemmt wird; und ein Auslöseelement welches relativ zur Auflageplatte derart angeordnet ist, dass das Auslöseelement betätigt wird, wenn die Schleifscheibe auf der Oberfläche der Auflageplatte platziert und an diese angedrückt wird. Das Auslöseelement und der Aktor sind (direkt oder indirekt, elektrisch, oder mechanisch) so gekoppelt, dass beim Betätigen des Auslöseelements der Aktor das Klemmelement von der ersten Position in die zweite Position bewegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselstation, welche einer robotergestützten Schleifvorrichtung das automatisierte Wechseln von Schleifmittel (z.B. Schleifscheiben) ermöglicht.
HINTERGRUND
Schleifmaschinen werden vielfach in Industrie und Handwerk eingesetzt. Exzenterschleifer sind Schleifmaschinen, bei denen einer Oszillationsbewegung (Vibration) eine Drehbewegung um eine Rotationsachse überlagert ist. Sie dienen häufig zur Endbearbeitung von Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität, beispielsweise bei der Ausbesserung (spot repair) von Oberflächendefekten auf lackierten Oberflächen. Damit diese Anforderungen realisiert werden können, sollten Unregelmäßigkeiten während des Schleifvorganges möglichst vermieden werden. Dies geschieht in der Praxis meist dadurch, dass diese Aufgaben speziell bei der Herstellung von geringen Stückzahlen durch erfahrene Facharbeiter ausgeführt werden.
Bei robotergestützten Schleifvorrichtungen wird ein Schleifwerkzeug (z.B. eine Orbitalschleifmaschine) von einem Manipulator, beispielsweise einem Industrieroboter, geführt. Dabei kann das Schleifwerkzeug auf unterschiedliche Weise mit dem sogenannten TCP (Tool Center Point) des Manipulators gekoppelt sein, sodass der Manipulator Position und Orientierung des Werkzeugs praktisch beliebig einstellen kann. Industrieroboter sind üblicherweise positionsgeregelt, was eine präzise Bewegung des TCP entlang einer gewünschten Trajektorie ermöglicht. Um beim robotergestützten Schleifen ein gutes Ergebnis zu erzielen, ist in vielen Anwendungen eine Regelung der Prozesskraft (Schleifkraft) nötig, was mit herkömmlichen Industrierobotern oft nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu realisieren ist. Die großen und schweren Armsegmente eines Industrieroboters besitzen eine zu große Massenträgheit, als dass ein Regler (closed-loop controller) rasch genug auf Schwankungen der Prozesskraft reagieren könnte. Um dieses Problem zu lösen, kann zwischen TCP des Manipulators und dem Schleifwerkzeug ein im Vergleich zum Industrieroboter kleiner Linearaktor angeordnet sein, der den TCP des Manipulators mit dem Schleifwerkzeug koppelt. Der Linearaktor regelt lediglich die Prozesskraft (also die Anpresskraft zwischen Werkzeug und Werkstück) während der Manipulator das Schleifwerkzeug samt Linearaktor positionsgeregelt entlang einer vorgebbaren Trajektorie bewegt.
Schleifmaschinen, wie z.B. Exzenterschleifer, arbeiten mit dünnen, flexiblen und abnehmbaren Schleifscheiben, welche auf einer Trägerscheibe befestigt sind. Ein sehr gebräuchlicher Typ von Schleifscheiben sind sogenannte Schleifblüten (daisy discs). Eine Schleifscheibe besteht beispielsweise aus mit Schleifkörnern beschichtetem Papier (oder einem anderen Faserverbundwerkstoff) und kann z.B. mittels einer Klebeschicht oder eines Klettverschlusses (Hook and Loop Fastener, Velcro Fastener) an der Trägerscheibe befestigt werden. Auch bei robotergestützten Schleifvorrichtungen werden verschlissene Schleifscheiben häufig manuell gewechselt. Obwohl einige Konzepte für robotergestützte Wechselstationen zum Wechseln von Schleifscheiben existieren, sind bekannte Lösungen vergleichsweise komplex, aufwändig zu realisieren und daher teuer.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann also darin gesehen werden, eine Wechselstation zur Verfügung zu stellen, welche einer robotergestützten Schleifvorrichtung das automatisierte Wechseln von Schleifscheiben auf vergleichsweise einfache Weise ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Folgenden wird eine Vorrichtung zum automatischen Abziehen einer Schleifscheibe von einer an einem Manipulator montierten Schleifmaschine beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung folgendes auf eine Auflageplatte mit einer Oberfläche zum Ablegen einer Schleifscheibe; ein bewegliches Klemmelement, welches in einer ersten Position in Bezug auf die Auflageplatte angehoben ist; ein Aktor, der mit dem Klemmelement gekoppelt und der dazu ausgebildet ist, das Klemmelement in eine zweite Position zu bewegen, in der das Klemmelement so gegen die Auflageplatte gedrückt wird, dass die Schleifscheibe zwischen Auflageplatte und Klemmelement eingeklemmt wird; und ein Auslöseelement welches relativ zur Auflageplatte derart angeordnet ist, dass das Auslöseelement betätigt wird, wenn die Schleifscheibe auf der Oberfläche der Auflageplatte platziert und an diese angedrückt wird. Das Auslöseelement und der Aktor sind (direkt oder indirekt, elektrisch, oder mechanisch) so gekoppelt, dass beim Betätigen des Auslöseelements der Aktor das Klemmelement von der ersten Position in die zweite Position bewegt.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum automatischen Abziehen einer Schleifscheibe von einer an einem Manipulator montierten Schleifmaschine beschrieben Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren folgendes: Platzieren einer auf einer Schleifmaschine montierten Schleifscheibe auf einer Auflageplatte einer Abziehvorrichtung mittels eines Manipulators, wobei durch das Platzieren der Schleifscheibe auf der Auflageplatte ein Auslöseelement der Abziehvorrichtung betätigt wird. Das Verfahren umfasst weiter das Einklemmen der Schleifscheibe zwischen der Auflageplatte und einem beweglichen Klemmelement, welches als Reaktion auf das Betätigen des Auslöseelementes in Richtung der Auflageplatte gedrückt wird, und das Anheben der Schleifmaschine mittels des Manipulators, wodurch die eingeklemmte Schleifscheibe von einer Trägerscheibe der Schleifmaschine abgezogen wird.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die den dargestellten Ausführungsbeispielen zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen.

1 zeigt schematisch ein Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung.
2 illustriert eine an einem Roboter montierte Schleifmaschine beim automatischen Abziehen einer Schleifscheibe mit einer Abziehvorrichtung.
3 illustriert ein Beispiel einer Abziehvorrichtung, welche für das automatisierte Abziehen von Schleifscheiben von einer an einem Roboter montierten Schleifmaschine geeignet ist
4 ist eine Schnittdarstellung der Abziehvorrichtung aus 3, welche das Innere der Abziehvorrichtung detaillierter zeigt.
5 zeigt das Beispiel aus 4 mit geklemmter Schleifscheibe.
6 ist eine zu 5 korrespondierende Draufsicht.
7 ist ein Flussdiagramm zur Illustration eines Beispiels eines Verfahrens zum robotergestützten, automatischen Abziehen einer Schleifscheibe von einer Schleifmaschine..

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert werden, wird zunächst ein allgemeines Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung beschrieben. Diese umfasst einen Manipulator 1, beispielsweise einen Industrieroboter und eine Schleifmaschine 10 mit rotierendem Schleifwerkzeug (z.B. eine Orbitalschleifmaschine), wobei dieses mit dem sogenannten Tool-Center-Point (TCP) des Manipulators 1 über einen Linearaktor 20 gekoppelt ist. Im Falle eines Industrieroboters mit sechs Freiheitsgraden kann der Manipulator aus vier Segmenten 2a, 2b, 2c und 2d aufgebaut sein, die jeweils über Gelenke 3a, 3b und 3c verbunden sind. Das erste Segment ist dabei meist starr mit einem Fundament 41 verbunden (was jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein muss). Das Gelenk 3c verbindet die Segmente 2d und 2d. Das Gelenk 3c kann 2-achsig sein und eine Drehung des Segments 2c um eine horizontale Drehachse (Elevationswinkel) und eine vertikale Drehachse (Azimutwinkel) ermöglichen. Das Gelenk 3b verbindet die Segmente 2b und 2c und ermöglicht eine Schwenkbewegung des Segments 2b relativ zur Lage des Segments 2c. Das Gelenk 3a verbindet die Segmente 2a und 2b. Das Gelenk 3a kann 2-achsig sein und daher (ähnlich wie das Gelenk 3c) eine Schwenkbewegung in zwei Richtungen ermöglichen. Der TCP hat eine feste Relativposition zum Segment 2a, wobei dieses üblicherweise noch ein Drehgelenk (nicht dargestellt) umfasst, dass eine Drehbewegung um eine Längsachse des Segments 2a ermöglicht (in 1 als strichpunktierte Line eingezeichnet, entspricht der Drehachse des Schleifwerkzeugs). Jeder Achse eines Gelenks ist ein Aktor zugeordnet, der eine Drehbewegung um die jeweilige Gelenksachse bewirken kann. Die Aktoren in den Gelenken werden von einer Robotersteuerung 4 gemäß einem Roboterprogramm angesteuert.
Der Manipulator 1 ist üblicherweise positionsgeregelt, d.h. die Robotersteuerung kann die Pose (Ort und Orientierung) des TCP festlegen und diesen entlang einer vordefinierten Trajektorie bewegen. Wenn der Aktor 20 an einem Endanschlag anliegt, ist mit der Pose des TCP auch die Pose des Schleifwerkzeugs definiert. Wie eingangs bereits erwähnt, dient der Aktor 20 dazu, während des Schleifprozesses die Kontaktkraft (Prozesskraft) zwischen Werkzeug (Schleifmaschine 10) und Werkstück 40 auf einen gewünschten Wert einzustellen. Eine direkte Kraftregelung durch den Manipulator 1 ist für Schleifanwendungen in der Regel zu ungenau, da durch die hohe Massenträgheit der Segmente 2a-c des Manipulators 1 eine schnelle Kompensation von Kraftspitzen (z.B. beim Aufsetzen des Schleifwerkzeugs auf das Werkstück 40) mit herkömmlichen Manipulatoren praktisch nicht möglich ist. Aus diesem Grund ist die Robotersteuerung dazu ausgebildet, die Pose des TCP des Manipulators zu regeln, während die Kraftregelung ausschließlich vom Aktor 20 bewerkstelligt wird.
Wie bereits erwähnt, kann während des Schleifprozesses die Kontaktkraft F_K zwischen Werkzeug (Schleifmaschine 10) und Werkstück 40 mit Hilfe des (Linear-) Aktors 20 und einer Kraftregelung (die beispielsweise in der Steuerung 4 implementiert sein kann) so eingestellt werden, dass die Kontaktkraft zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück 40 einem vorgebbaren Sollwert entspricht. Die Kontaktkraft ist dabei eine Reaktion auf die Aktorkraft, mit der der Linearaktor 20 auf die Werkstückoberfläche drückt. Bei fehlendem Kontakt zwischen Werkstück 40 und Werkzeug fährt der Aktor 20 aufgrund der fehlenden Kontaktkraft am Werkstück 40 gegen einen Endanschlag. Die Positionsregelung des Manipulators 1 (die ebenfalls in der Steuerung 4 implementiert sein kann) kann vollkommen unabhängig von der Kraftregelung des Aktors 20 arbeiten. Der Aktor 20 ist nicht verantwortlich für die Positionierung der Schleifmaschine 10, sondern lediglich für das Einstellen und Aufrechterhalten der erwünschten Kontaktkraft während des Schleifprozesses und zur Erkennung von Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Der Aktor kann ein pneumatischer Aktor sein, z.B. ein doppeltwirkender Pneumatikzylinder. Jedoch sind auch andere pneumatische Aktoren anwendbar wie z.B. Balgzylinder und Luftmuskel. Als Alternative kommen auch elektrische Direktantriebe (getriebelos) in Betracht.
Im Falle eines pneumatischen Aktors kann die Kraftregelung in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Regelventils, eines Reglers (implementiert in der Steuerung 4) und eines Druckluftspeichers realisiert werden. Die konkrete Implementierung ist jedoch für die weitere Erläuterung nicht wichtig und wird daher auch nicht detaillierter beschrieben. Alternativ zu dem Aktor 20 kann - je nach Anwendung - auch ein passives nachgiebiges Element wie z.B. eine Feder verwendet werden. Der Aktor 20 kann auch weggelassen werden, wenn die Kraftregelung in ausreichender Qualität von dem Manipulator selbst bereitgestellt wird.
Die Schleifmaschine 10 weist eine Schleifscheibe 11 auf, die auf einer Trägerscheibe 12 (backing plate) montiert ist. Die Oberfläche der Trägerscheibe 12 oder die rückseitige Oberfläche der Schleifscheibe 11 oder beide Oberflächen sind derart beschaffen, dass die Schleifscheibe 11 auf der Trägerscheibe 12 bei Kontakt ohne weiteres haftet. Beispielsweise wird ein Klettverschluss (hook and loop fastener or Velcro fastener) verwendet, sodass die Schleifscheibe 11 auf der Trägerscheibe haften bleibt. Eine übliche Alternative zu einem Klettverschluss ist eine klebende Beschichtung auf der Rückseite der Schleifscheibe 11, welche an der korrespondierenden Oberfläche der Trägerscheibe 12 haften. 2 illustriert ein Beispiel einer an einem Manipulator montierbaren Schleifvorrichtung 10, wobei die Schleifmaschine 10 relativ zu einer Schleifscheibenabziehvorrichtung 30 so positioniert ist, dass die Schleifscheibe 11 an der Oberfläche einer Auflageplatte 35 der Schleifscheibenabziehvorrichtung 30 anliegt und gegen diese Auflageplatte 35 gedrückt wird (z.B. mit einer einstellbaren Kraft). Ein Ausführungsbeispiel der Schleifscheibenabziehvorrichtung 30 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 näher erläutert.
3 ist eine perspektivische Darstellung der Schleifscheibenabziehvorrichtung 30 aus 2 und 4 ist eine korrespondierende Schnittansicht, welche die im Inneren des Gehäuses 31 der Abziehvorrichtung 30 befindlichen Komponenten zeigt. Es versteht sich, dass das Gehäuse 31 der Abziehvorrichtung 30 nicht notwendigerweise ein geschlossenes Gehäuse sein muss. Vielmehr wird unter einem Gehäuse jede mechanische Struktur verstanden, an der andere Bauteile der Abziehvorrichtung 30 direkt oder indirekt, beweglich oder unbeweglich montiert werden können. Das Gehäuse kann einen Rahmen aufweisen, an dem (bei einem zumindest teilweise geschlossenen Gehäuse) ein oder mehrere Abdeckungen befestigt sind. In den hier dargestellten Beispielen umfasst das Gehäuse 31 mehrere Teile, die mittels Schrauben verbunden sind. Es versteht sich, dass auch andere Verbindungstechniken wie z.B. Nieten, Rastverbindungen (Snap-In-Verbindungen), etc. herangezogen werden können. Die Form des Gehäuses kann, je nach Anwendung, auch anders gestaltet werden als bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen. Im dargestellten Beispiel weist das Gehäuse eine Basisplatte 310 mit Löchern 311 auf. Die Basisplatte 310 (und damit die gesamte Vorrichtung 30) kann mittels Schrauben (nicht dargestellt), die durch die Löcher 311 durchgesteckt sind, am Boden oder einer anderen Unterlage montiert werden.
Wie in 3 zu sehen ist, weist die Auflageplatte 35, gegen die der Roboter bei einem Abziehvorgang die an der Schleifmaschine 10 montierte Schleifscheibe 11 drückt, eine Öffnung auf, durch die das Ende eines Auslöseelements 33 (trigger element) geführt ist. Das Ende des Auslöseelementes 33 ragt aus der Öffnung in der Auflageplatte 35 heraus, sodass das herausragende Ende des Auslöseelements 33 in die Öffnung hineingedrückt wird (siehe 4 Anpresskraft Fa), wenn bei einem Abziehvorgang die Schleifscheibe 11 gegen die Auflageplatte 35 gedrückt wird und plan an dieser anliegt. Die Öffnung kann auch als Schlitz ausgebildet sein. Es versteht sich, dass das Ende des Auslöseelementes 33 nicht notwendigerweise durch eine Öffnung in der Auflageplatte 35 verlaufen muss. Alternativ kann das Auslöseelement 33 auch neben der Auflageplatte angeordnet sein. Relevant ist lediglich, dass das Auslöseelement 33 derart angeordnet ist, dass es betätigt wird, wenn der Roboter die Schleifscheibe 11 gegen die Oberfläche der Auflageplatte 35 drückt.
Das Betätigen des Auslöseelements 33 (beim Andrücken der Schleifscheibe an die Auflageplatte 35) löst einen Mechanismus aus, der dazu führt, dass die Schleifscheibe 11 ihrem Rand zwischen der Auflageplatte 35 und einer Klemmplatte 34 eingeklemmt wird. Wenn der Roboter die Schleifmaschine 11 wieder von der Abziehvorrichtung 30 weg bewegt, wird die Schleifscheibe 11 von der Klemmplatte 34 festgehalten, während die Trägerplatte 12 der Schleifmaschine 10 von der Oberfläche der Auflageplatte 35 abgehoben wird. Durch das Abheben der Trägerplatte 12 wird die (eingeklemmte) Schleifscheibe 11 von der Trägerplatte abgelöst. Ein Beispiel für den erwähnten Mechanismus wird im Folgenden näher anhand von 4 und 5 beschrieben.
Wie in 4 dargestellt ist die Klemmplatte 34 (allgemein als Klemmelement bezeichnet) an einem ersten Ende eines Kipphebels 342 (rocking lever) montiert, der mittels eines Gelenks 341 an einem Teil des Gehäuses 31 drehbar gelagert ist. Das heißt, der Kipphebel 342, der auch als Wippe (rocker) bezeichnet werden kann, kann um einen Drehpunkt (der durch das Gelenk 341 definiert ist) geschwenkt werden. Die Klemmplatte 34 (Klemmelement) kann z.B. mittels einer oder mehrerer Schrauben 342 an dem Kipphebel 341 befestigt sein. In anderen Ausführungsbeispielen können Klemmplatte 34 und Kipphebel 341 auch aus einem Stück gefertigt sein. In der in 4 dargestellten Situation ist der Kipphebel 342 so positioniert (erste Position), dass die Klemmplatte 34 von der Auflageplatte 35 abgehoben ist. In der in 5 dargestellten Situation ist der Kipphebel 342 so positioniert (zweite Position), dass die Klemmplatte 34 gegen die Oberfläche der Auflageplatte 35 gedrückt wird und eine Schleifscheibe (sofern sie korrekt auf der Auflageplatte 35 positioniert ist) zwischen Klemmplatte 35 und der Oberfläche der Auflageplatte 35 eingeklemmt wird.
Die Bewegung des Kipphebels 342 von der ersten Position (Klemme gelöst) in die zweite Position (Klemme festgezogen) wird durch ein Betätigen des Auslöseelementes 33 ausgelöst. In dem in 4 und 5 dargestellten Beispiel weist der Kipphebels 342 einen Anschlag 343 auf, der an einer korrespondierenden Auflagefläche des Auslöseelementes 33 anliegt. Das Auslöseelement 33 ist - ähnlich wie der Kipphebel 342 - schwenkbar an einem Teil des Gehäuses 31 gelagert (Drehgelenk 331) und wird mittels einer Feder 332 in eine Normalposition gedrückt, in der ein Ende des Auslöseelements 33 wie in 4 dargestellt über die Oberfläche der Auflageplatte 35 hinaus ragt. In dieser Normalposition wirkt das Auslöseelement 33 als Sperrklinke (pawl), welche eine Bewegung des Kipphebels 342 in die zweite Position (Klemme festgezogen) verhindert. Indem der Anschlag 343 des Kipphebels 342 an dem (als Sperrklinke wirkenden) Auslöseelement 33 anliegt, wird die Bewegung der Kipphebels 342 blockiert. Wird das herausragende Auslöseelement 33 gegen die Federkraft der Feder 332 zur Oberfläche der Auflageplatte 35 hin gedrückt (beim Positionieren der Schleifscheibe auf der Auflageplatte 35), dann wird das Auslöseelement 33 so geschwenkt, dass der Anschlag 343 des Kipphebels 342 nicht mehr an dem Auslöseelement 33 anliegt und eine Bewegung des Kipphebels in die zweite Position nicht mehr blockiert wird.
In dem in 4 und 5 dargestellten Beispiel wird, wenn der Kipphebel 341 in der ersten Position ist (Klemme gelöst, Klinke blockiert Bewegung des Kipphebels), eine Vorspannkraft F_B auf den Kipphebel 341 ausgeübt. Wenn das Auslöseelement 33 betätigt/bewegt wird, dann gibt die Klinke (Auslöseelement) den Kipphebel 341 frei und dieser schwenkt aufgrund der Vorspannkraft F_B abrupt in die zweite Position, in der die Schleifscheibe geklemmt wird. Diese Situation ist in 5 dargestellt.
Die erwähnte Vorspannkraft F_B kann durch verschiedene Vorspannmechanismen bereitgestellt werden. In dem Beispiel aus 4 und 5 umfasst dieser Vorspannmechanismus einen Pneumatikzylinder 37, der zwischen einem zweiten Ende des Kipphebels 341 und einem Teil (z.B. Montagewinkel 311) des Gehäuses 31 angeordnet ist. Der Zylinder 37 ist über ein Gelenk 374 mit dem Montagewinkel 311 (der als Teil des Gehäuses gesehen werden kann) verbunden, und die Kolbenstange des in dem Zylinder angeordneten Kolbens 371 ist über ein Gelenk 373 mit dem zweiten Ende des Kipphebels 341 verbunden. Wenn der in 4 und 5 mit V₁ bezeichnete Zylinderraum mit Druckluft beaufschlagt wird, dann erzeugt der Pneumatikzylinder 37 (mit dem dazugehörigen Kolben 371) die Vorspannkraft F_B, welche den Kipphebel 341 beim Betätigen des Auslöseelements 33 in die zweite Position drückt und die Schleifscheibe 11 klemmt.
Wie erwähnt wird nach dem Einklemmen der Schleifscheibe 11 die Schleifmaschine 11 wieder von der Abziehvorrichtung wegbewegt, wodurch die (geklemmte) Schleifscheibe 11 von der Trägerscheibe 12 der Schleifmaschine abgezogen wird. Danach muss der Kipphebel 341 (und damit die Klemmplatte 34) wieder von der zweiten Position (Klemme festgezogen, 5) in die erste Position (Klemme gelöst, 4) zurück bewegt werden. Diese Bewegung kann durch verschiedene Rückstellmechanismen bewerkstelligt werden. In dem in 4 und 5 dargestellten Beispiel wird der Rückstellmechanismus von dem Pneumatikzylinder 37 bereitgestellt. In diesem Fall sind Vorspannmechanismus und Rückstellmechanismus eine Einheit. Der Zylinder 37 kann ein doppeltwirkender Zylinder sein. Das heißt, wenn der in 4 und 5 mit V2 bezeichnete Zylinderraum mit Druckluft beaufschlagt wird, dann erzeugt der Pneumatikzylinder 37 eine rückstellende Kraft F_R, die genau in die entgegengesetzte Richtung wirkt wie die Vorspannkraft F_B. Die Rückstellkraft F_R bewirkt eine Schwenkbewegung des Kipphebels 341 zurück in die erste Position, wodurch die Klemmung der Schleifscheibe gelöst wird. Die Feder 332 drückt das Auslöseelement 33 wieder in die Normalposition, sodass, wenn beim nächsten Abziehvorgang wieder die Vorspannkraft F_B wirkt, die Bewegung des Kipphebels 341 wieder blockiert ist (wie in 4 dargestellt).
Durch die Druckluftdüse 32 kann Luft mit hoher Geschwindigkeit auf Schleifscheibe 11 geblasen werden, sodass diese in Richtung des Prallblechs 312 geblasen wird und schließlich nach unten z.B. in einen Container fällt. Druckluftdüse 32 und Prallblech sind jeweils optional, können in der Praxis jedoch die Robustheit der Vorrichtung 30 verbessern. Der Rückstellmechanismus (z.B. das Umschalten der Druckluft vom Zylinderraum V₁ auf den Zylinderraum V2) sowie das Ausblasen von Druckluft aus der Düse 32 kann von der Robotersteuerung (siehe 1, Steuerung 4) ausgelöst werden, da die Robotersteuerung ja „weiß“ wann die Schleifmaschine 10 von der Abziehvorrichtung 30 wegbewegt wurde. Alternativ kann der Rückstellmechanismus auch durch das Zurückkippen des Auslöseelementes 33 in die Normalposition ausgelöst werden. Zu diesem Zweck könnte ein elektrischer Schalter mit dem Auslöseelement 33 gekoppelt sein, und ein Betätigen des elektrischen Schalters kann das Umschalten der Druckluft vom Zylinderraum V₁ auf den Zylinderraum V2 sowie auch das Ausblasen von Druckluft aus der Düse 32 auslösen. Eine entsprechende Ventilsteuerung mit den zugehörigen Ventilen ist in den Figuren nicht dargestellt, da verschiedene Möglichkeiten der Implementierung der Ventilsteuerung im Bereich des fachmännischen Könnens liegen.
Manche Schleifscheiben haften auf der Trägerplatte 12 (siehe 2) mittels einer Klebeschicht (adhesive layer). In diesen Fällen kann es passieren, dass die Schleifscheibe an der Klemmplatte 34 kleben bleibt. Um die Schleifscheibe jedoch zuverlässig (z.B. mittels aus der Düse 32 ausströmenden Druckluft) aus der Vorrichtung 30 entfernen zu können, können am Gehäuse 31 (direkt oder indirekt) ein oder mehrere Stifte 38 befestigt sein, die so angeordnet sind, dass eine an der Klemmplatte 34 festklebende Schleifscheibe 11 von der Klemmplatte 34 weg gedrückt wird, wenn diese zurück in die erste Position bewegt wird. Die Stifte sind in 4 und 5 zu dargestellt. In der zu 5 gehörigen Draufsicht aus 6 kann man erkennen, dass die Klemmplatte 34 kleine Ausnehmungen 38' aufweist, durch die die Stifte 38 hindurchstoßen, wenn die Klemmplatte 34 (von der Auflagefläche 35 weg) in die erste Position bewegt wird. Wenn bei dieser Bewegung eine Schleifscheibe an der Klemmplatte 34 haftet, dann wird diese am Ende der Bewegung von den Stiften 38 weggedrückt und soweit von der Klemmplatte 34 gelöst, dass die Druckluft die Schleifscheibe abtransportieren kann.
Um prüfen zu können, ob die von der Schleifmaschine 10 abgezogene Schleifscheibe tatsächlich aus der Abziehvorrichtung 30 abtransportiert wurde, kann die Abziehvorrichtung 30 einen Sensor 36 aufweisen. Der Sensor 36 ist in 4-6 zu sehen und kann beispielsweise als Reflexlichtschranke ausgebildet sein. In 6 ist auch der zur Lichtschranke 36 gehörige Reflektor 361 dargestellt. Der Sensor 36 (z.B. ein Modul mit einer Leuchtdiode und einer Fotodiode) und der Reflektor 361 sind so relativ zueinander positioniert, dass der von dem Sensor 36 ausgestrahlte Lichtstrahl von einer Schleifscheibe unterbrochen wird. Folglich kann der Sensor erkennen, ob die Schleifscheibe von der Druckluft abtransportiert wurde oder nicht. Falls nicht, können noch einmal ein oder mehrere Druckluftimpulse über die Düse 32 abgegeben werden. Haftet die Schleifscheibe dann immer noch an der Abziehvorrichtung kann z.B. ein Warnsignal ausgelöst werden. Der Sensor 36 muss nicht notwendigerweise als Lichtschranke ausgebildet sein. Da die Schleifscheiben meist eine bestimmte Farbe aufweisen, kann stattdessen auch ein optischer Farbsensor verwendet werden, um das Vorhandensein einer Schleifscheibe zu detektieren. Alternativ kann auch mittels eines oder mehrerer Sensoren überwacht werden, ob die Schleifscheibe unterhalb des Prallblechs 312 unten aus der Vorrichtung 30 herausfällt.
Es versteht sich, dass die Funktion des Klemmens der Schleifscheibe 11 zwischen Auflageplatte 35 und Klemmelement 34 (Klemmplatte) und das Auslösen der Bewegung des Klemmelements durch das Auslöseelement 33 auch auf andere Weise umgesetzt werden kann, als das bei dem Beispiel aus 2-6 der Fall ist. Im Folgenden werden einige wichtige allgemeine Aspekte der Abziehvorrichtung 30 zusammen gefasst und auch weitere Ausführungsbeispiele diskutiert, bei denen gewisse Funktionen anders implementiert sind als bei dem Beispiel aus 2-6.
Ganz allgemein weist die Abziehvorrichtung eine Auflageplatte (siehe z.B. 2 und 6, Auflageplatte 35) mit einer Oberfläche zum Ablegen einer Schleifscheibe 11 auf. Wie in 2 dargestellt kann die Schleifscheibe 11 mit Hilfe eines Roboters auf der Oberfläche der Auflageplatte 35 platziert werden. Wie man z.B. in 6 sehen kann, muss die Schleifscheibe 11 nicht vollständig auf der Oberfläche der Auflageplatte 35 aufliegen. Es genügt, wenn ein Teil der Schleifscheibe auf der Auflageplatte 35 aufliegt. Die Abziehvorrichtung weist weiter ein bewegliches Klemmelement auf (siehe z.B. 4 und 5, Klemmelement 34), welches in einer ersten Position in Bezug auf die Auflageplatte angehoben ist. Das heißt, in der ersten Position berührt das Klemmelement die Auflagefläche nicht. Des Weiteren weist die Abziehvorrichtung einen Aktor auf, der mit dem Klemmelement gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, das Klemmelement in eine zweite Position zu bewegen, in der das Klemmelement so gegen die Auflageplatte gedrückt wird, dass die Schleifscheibe zwischen der Auflageplatte und dem Klemmelement eingeklemmt wird (siehe 5). Mit dem Aktor ist ein Auslöseelement (direkt oder indirekt, je nach Aktor mechanisch oder elektrisch) derart gekoppelt, dass beim Betätigen des Auslöseelements der Aktor das Klemmelement von der ersten Position in die zweite Position bewegt. Das Auslöseelement überragt die Oberfläche der Auflageplatte, sodass das Auslöseelement betätigt wird, wenn die (auf der Schleifmaschine montierte) Schleifscheibe auf der Oberfläche der Auflageplatte positioniert und an diese angerückt wird.
Im einfachsten Fall kann der Aktor eine vorgespannte Feder sein. Auch ein pneumatischer Aktor (pneumatische Zylinder-Kolben-Einheit) kann wie eine gespannte Feder wirken, wenn er mit Druckluft belastet ist. In manchen Ausführungsbeispielen blockiert das Klemmelement, solange es nicht betätigt wurde, die Bewegung des Aktors (siehe 4, mit Druckluft vorgespannter Zylinder), welcher dann bei Betätigung des Auslöseelementes abrupt das Klemmelement von der ersten Position (Klemme gelöst) in die zweite Position (Klemme festgezogen) bewegt (siehe 5). In diesem Fall ist das Auslöseelement ein rein mechanisches Maschinenelement, das im Wesentlichen die Funktion einer Klinke hat. Um das Klemmelement wieder in die erste Position zurück zu bewegen, kann ein Rückstellmechanismus vorgesehen sein. Wenn als Aktor ein doppelt wirkender Pneumatik-Zylinder verwendet wird, kann dieser auch eine Rückstellkraft erzeugen und entsprechend das Klemmelement in die erste Position zurück bewegen. Bei einem einfach wirkenden Pneumatik-Zylinder kann auch eine Feder die Rückstellkraft erzeugen, sodass die Feder das Klemmelement in die erste Position zurück bewegt, wenn der einfach wirkende Pneumatik-Zylinder druckfrei geschaltet wird. In dem erwähnten Beispiel, in dem der Aktor eine einfache vorgespannte Feder ist, kann die Rückstellkraft beispielsweise von einem Hubmagneten erzeugt werden, welcher die Feder wieder spannen kann. Auch eine Einheit aus zwei (einfach wirkenden) Pneumatik-Zylindern ist möglich, wobei ein Zylinder als (vorgespannter) Aktor dient, und der andere für die rückstellende Bewegung in die erste Position verantwortlich ist.
In anderen Ausführungsbeispielen muss der Aktor keine Vorspannkraft erzeugen, während die Bewegung des Aktors durch das Auslöseelement mechanisch blockiert ist. Stattdessen wird der Aktor aktiv angesteuert, um das Klemmelement von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen, wenn das Auslöseelement betätigt wird, welches in diesem Fall auch ein elektrischer Schalter (z.B. ein Taster) sein kann, der wiederum so positioniert ist, dass er die Auflageplatte überragt und folglich „automatisch“ betätigt wird, wenn die an der Schleifmaschine montierte Schleifscheibe auf der Oberfläche der Auflageplatte platziert wird. In diesem Fall kann der Aktor ein beliebiger Aktor (Elektromotor, Linearmotor, pneumatischer Aktor, Hubmagnet, etc.) sein, der dazu ausgebildet ist, das Klemmelement von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen. Statt eines einfachen Schalters wie z.B. eines Tasters kann auch ein anderes Sensorelement verwendet werden, welches in der Lage ist, zu detektieren, dass eine Schleifscheibe auf der Auflageplatte platziert wurde.
In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Klemmelement an einem Ende eines Kipphebels montiert (siehe 5). Es versteht sich, dass Klemmelement und Kipphebel auch ein integrales Bauteil sein können. In diesem Fall sind Klemmelement und Kipphebel aus einem Stück. Das Klemmelement kann als kleines Plättchen ausgebildet sein, das oben als Klemmplatte bezeichnet wurde. Das Klemmelement ist jedoch nicht notwendigerweise ein Plättchen, sondern kann auch z.B. durch mehrere kurze Stifte gebildet werden, die von dem Kipphebel abstehen und die Schleifscheibe gegen die Auflageplatte klemmen können.
Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Abziehen einer Schleifscheibe von einer an einem Manipulator montierten Schleifmaschine anhand des Flussdiagrams in 7 zusammengefasst. Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 7 umfasst das Verfahren das Platzieren einer auf einer Schleifmaschine montierten Schleifscheibe auf einer Auflageplatte einer Abziehvorrichtung mittels eines Manipulators (vgl. 7, Schritt S1). Diese Situation ist auch in 4 dargestellt. Durch das Platzieren der Schleifscheibe auf der Auflageplatte wird auch ein Auslöseelement der Abziehvorrichtung betätigt (vgl. 4, als Sperrklinke ausgebildetes Auslöseelement 33). Das Verfahren umfasst weiter das Einklemmen der Schleifscheibe zwischen der Auflageplatte und einem beweglichen Klemmelement (7, Schritt S2), welches als Reaktion auf das Betätigen des Auslöseelementes in Richtung der Auflageplatte gedrückt wird. Diese Situation ist auch in 5 dargestellt. Anschließend wird die Schleifmaschine mittels des Manipulators angehoben, wodurch die eingeklemmte Schleifscheibe von einer Trägerscheibe der Schleifmaschine abgezogen wird (vgl. 7, Schritt S3).
Anschließend kann das Klemmelement wieder angehoben werden, um die eingeklemmte Schleifscheibe freizugeben. Dabei kann es wie oben bereits erwähnt passieren, dass die Schleifscheibe an dem Klemmelement haften bleibt, was unerwünscht ist, weil der Abtransport der Schleifscheibe verhindert wird. Die Schleifscheibe kann in diesen Fällen mittels eines oder mehrerer Stifte (siehe 5, Stifte 38) abgelöst werden. Die Stifte 38 blockieren beim Anheben des Klemmelements die Bewegung der am Klemmelement haftenden Schleifscheibe, wodurch die Schleifscheibe von dem Klemmelement abgelöst wird. Der Stift oder die Stifte können an dem Gehäuse der Abziehvorrichtung so montiert sein, dass die Stifte beim Anheben des Klemmelements in eine oder mehrere Ausnehmungen (siehe 6, Ausnehmungen 38') am Rand des Klemmelementes eindringen. Verschiedene weitere Aspekte des Verfahrens wurden bereits weiter oben in Bezug auf 2-6 beschrieben, sodass, um Wiederholungen zu vermeiden, auf obige Beschreibung verwiesen wird.

Claims

Eine Vorrichtung, die folgendes aufweist: eine Auflageplatte (35) mit einer Oberfläche zum Ablegen einer Schleifscheibe (11); ein bewegliches Klemmelement (34), welches in einer ersten Position in Bezug auf die Auflageplatte (35) angehoben ist; ein Aktor (37), der mit dem Klemmelement (34) gekoppelt und der dazu ausgebildet ist, das Klemmelement (34) in eine zweite Position zu bewegen, in der das Klemmelement (34) so gegen die Auflageplatte (35) gedrückt wird, dass die Schleifscheibe (11) zwischen der Auflageplatte (35) und dem Klemmelement (34) eingeklemmt wird; und ein Auslöseelement (33) welches relativ zur Auflageplatte (35) derart angeordnet ist, dass das Auslöseelement (33) betätigt wird, wenn die Schleifscheibe auf der Oberfläche der Auflageplatte (35) abgelegt und an diese angedrückt wird, wobei das Auslöseelement (33) und der Aktor (37) so gekoppelt sind, dass beim Betätigen des Auslöseelements (33) der Aktor (37) das Klemmelement (34) von der ersten Position in die zweite Position bewegt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Auslöseelement (33) die Oberfläche der Auflageplatte (35) überragt, sodass die Schleifscheibe (11), wenn sie auf der Oberfläche der Auflageplatte (35) platziert und an diese angedrückt wird, das Auslöseelement (33) betätigt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktor (37) eine vorgespannte Feder oder ein vorgespannter pneumatischer oder elektrischer Aktor (37) ist, und wobei das Auslöseelement (33) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Aktors (37) zu blockieren, und bei einer Betätigung des Auslöseelementes die Bewegung des Aktors (37) freizugeben..
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Klemmelement (34) an einem Kipphebel (342) montiert ist oder ein Teil des Kipphebels (342) ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Aktor mit dem Kipphebel (342) gekoppelt ist und der Kipphebel (342) den Aktor (37) und das Klemmelement (34) koppelt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Aktor ein doppelwirkender Pneumatik-Zylinder ist, der dazu ausgebildet ist, den Kipphebel (342) hin und her schwenken, wodurch das Klemmelement (34) in die zweite Position und wieder zurück in die erste Position bewegt wird.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiter aufweist: einen oder mehrere Stifte (38) die so angeordnet sind, dass bei der Bewegung des Klemmelements (34) in die erste Position eine daran haftendes Schleifscheibe (11) gelöst wird.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die weiter aufweist: eine Druckluftdüse (32) zum Abgeben eines Druckluftstoßes in Richtung der Schleifscheibe.
Ein Verfahren, das folgendes umfasst: Platzieren einer auf einer Schleifmaschine (10) montierten Schleifscheibe (11) auf einer Auflageplatte (35) einer Abziehvorrichtung (30) mittels eines Manipulators (1), wobei durch das Platzieren der Schleifscheibe (11) auf der Auflageplatte (35) ein Auslöseelement (33) der Abziehvorrichtung (30) betätigt wird; Einklemmen der Schleifscheibe (11) zwischen der Auflageplatte (35) und einem beweglichen Klemmelement (34), welches als Reaktion auf das Betätigen des Auslöseelementes in Richtung der Auflageplatte (35) gedrückt wird; und Anheben der Schleifmaschine (10) mittels des Manipulators (1), wodurch die eingeklemmte Schleifscheibe von einer Trägerscheibe (12) der Schleifmaschine abgezogen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, das weiter aufweist: Anheben des Klemmelements (34), um die eingeklemmte Schleifscheibe (11) freizugeben; und Ablösen der Schleifscheibe (11) mittels eines oder mehrerer Stifte (38), welche - wenn die Schleifscheibe (11) an dem Klemmelement (34) haftet - beim Anheben des Klemmelements (34) die Bewegung der Schleifscheibe (11) blockieren, sodass die Schleifscheibe (11) von dem Klemmelement abgelöst wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Stift oder die Stifte (38) an einem Gehäuse der Abziehvorrichtung (30) so montiert sind, dass die Stifte beim Anheben des Klemmelements (34) in eine oder mehrere Ausnehmungen (38') am Rand des Klemmelementes eindringen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei beim Betätigen des Auslöseelementes (33) die Bewegung eines vorgespannten Aktors (37) freigegeben wird, wodurch das Klemmelement (34) vom Aktor (37) zur Auflageplatte (35) hin bewegt wird und die Schleifscheibe (11) zwischen Auflageplatte (35) und Klemmelement (34) einklemmt.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein Ende des Auslöseelements (33) die Oberfläche der Auflageplatte (35) überragt, sodass die Schleifscheibe (11), wenn sie auf der Oberfläche der Auflageplatte (35) platziert und an diese angedrückt wird, das Auslöseelement (33) betätigt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Auslöseelement (33) eine Sperrklinke oder ein Taster ist.