DE102019128931A1

DE102019128931A1 - Ausgleichseinheit für eine Automatisierungsanlage

Info

Publication number: DE102019128931A1
Application number: DE102019128931.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Schäfer; Florian Piper; Christian Friedrich
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-29
Anticipated expiration: 2039-10-26
Also published as: DE102019128931B4; US20220388166A1; WO2021078840A1; EP4048488A1

Abstract

Ausgleichseinheit (12) für eine Automatisierungsanlage (10), insbesondere zur Anordnung zwischen einem Handhabungsgerät (14) und einem Werkzeug (16), mit einem Grundteil (18) und mit einem Befestigungsteil (20), wobei das Befestigungsteil (20) gegenüber dem Grundteil (12) aus einer Grundposition entlang wenigstens einer Ausgleichsrichtung in eine Ausgleichsposition bewegbar angeordnet ist, und mit Federmitteln (36, 38, 42) zur Rückstellung des Befestigungsteils (20) aus der Ausgleichsposition in die Grundposition, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmittel (56, 58) zum Verstellen der Grundposition des Befestigungsteils (20) entlang der wenigstens einen Ausgleichsrichtung vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgleichseinheit für eine Automatisierungsanlage, insbesondere zur Anordnung zwischen einem Handhabungsgerät und einem Werkzeug, mit einem Grundteil und mit einem Befestigungsteil, wobei das Befestigungsteil gegenüber dem Grundteil aus einer Grundposition entlang wenigstens einer Ausgleichsrichtung in eine Ausgleichsposition bewegbar angeordnet ist, und mit Federmitteln zur Rückstellung des Befestigungsteils aus der Ausgleichsposition in die Grundposition. Das Grundteil kann dabei zur Befestigung an einem Handhabungsgerät bzw. eines Werkzeugs ausgebildet sein und dass Befestigungsteil kann zur Befestigung eines Werkzeugs bzw. eines Handhabungsgeräts ausgebildet sein.
Ausgleichseinheiten, die auch als Überlastschutzeinrichtungen bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere bei fremdkraftbetriebenen Handhabungsgeräten, beispielsweise bei achs- oder bahngesteuerten Industrierobotern, zur Vermeidung von Schäden bei Kollisionen des Werkzeugs mit in der Umgebung des Handhabungsgerätes vorhandenen Gegenständen eingesetzt. Dazu weist die Ausgleichseinheit das Grundteil zur Anordnung an insbesondere das Handhabungsgerät, beispielsweise an einem Aufnahmeflansch eines Roboterarms, auf. An dem Grundteil ist das Befestigungsteil, beispielsweise in Form eines Werkzeugflansches, vorgesehen, der insbesondere zur Aufnahme von Handhabungswerkzeugen, beispielsweise Greifeinrichtungen, Bearbeitungseinrichtungen oder Messeinrichtungen, ausgebildet ist. Das Befestigungsteil ist dabei beweglich mit dem Grundteil verbunden sein, so dass eine Relativ- bzw. Ausgleichsbewegung zwischen dem Grundteil und dem Befestigungsteil ermöglicht wird. Dabei können lineare und/oder rotatorische Ausgleichsbewegung abhängig vom Anwendungsbereich der an dem Werkzeughalter angebrachten Handhabungswerkzeuge vorgesehen sein. Die Ausgleichsbewegung ist in der Regel durch konstruktive Gegebenheiten des Grundteils und des daran angebrachten Befestigungsteils begrenzt. Um unerwünschte Ausgleichsbewegungen zu verhindern, sind Federmittel vorgesehen, die zwischen dem Grundteil und dem Befestigungsteil eine Vorspannkraft aufbringen, so dass eine Ausgleichsbewegung erst bei Überwindung der Vorspannkraft stattfinden kann. Somit tritt bei einer Kollision insbesondere des Handhabungswerkzeugs mit einem Gegenstand zunächst nur eine durch eine Höhe der Vorspannkraft bestimmte Kollisionskraft auf. Da gegebenenfalls nicht ausgeschlossen werden kann, dass ein zur Verfügung stehender Bewegungsspielraum der Ausgleichsbewegung ausreicht, um die von dem Handhabungsgerät ausgeführte Bewegung vollständig abzufangen, kann zwischen dem Grundteil und dem Befestigungsteil eine Schalteinrichtung vorgesehen sein, die bei einer Maximalauslenkung des Befestigungsteils gegenüber dem Grundteil ein Schaltsignal erzeugt, das an eine Steuerungseinrichtung weitergeleitet werden kann, um die Bewegungen des Handhabungsgeräts zu stoppen und gegebenenfalls in entgegengesetzter Richtung zu verfahren.
Eine bekannte Ausführungsform einer Ausgleichseinheit zur Realisierung einer Ausgleichsbewegung in die drei Raumrichtungen ist die Ausgleichseinheit XYZ AGE-S der Anmelderin, die in gängigen Katalogmaterialien gezeigt ist. Das Befestigungsteil des AGE-S weist zwei bewegliche Ebenen auf, wobei eine der Ebenen in die x-Richtung und die andere Ebene in die y-Richtung verfahrbar ist, um einen Ausgleich des Befestigungsteils aus der Grundposition in x-Richtung und y-Richtung in die jeweilige Ausgleichsposition zu ermöglichen. Ferner ist ein Ausgleich in die dritte Raumrichtung, in die z-Richtung möglich.
Aus der US 4,717,003 ist eine Ausgleichseinheit bekannt geworden, die zur Erzeugung einer Vorspannkraft Federelemente vorsieht. Über Sensoren wird dabei der Abstand zwischen dem Gehäuse und einer Werkzeugplatte bestimmt. Wird ein vorgegebener Abstand überschritten, so wird ein Signal ausgegeben.
Aus der DD 252 512 A3 ist ein Adapter mit Kollisionsschutz bekannt geworden, der ein Grundgehäuse vorsieht. Im Grundgehäuse ist ein Druckvolumen angeordnet, das mittels einer Membran abgedichtet ist. Bei Abheben eines Flansches von Arretierungsmitteln wird über einen Sensor ein Signal abgegeben.
Weitere Ausgleichseinheiten sind beispielsweise aus der EP 1 740 353 A1 , DE 20 2012 012 857 U1 oder der US 4,714,865 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Ausgleichseinheit in vorteilhafterweise fortzubilden.
Diese Aufgabe wird mit einer Ausgleichseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine solche Ausgleichseinheit kann als aktive Ausgleichseinheit bezeichnet werden und sieht folglich vor, dass Antriebsmittel zum Verstellen der Grundposition des Befestigungsteils entlang der wenigstens einen Ausgleichsrichtung, und vorzugsweise entlang von wenigstens zwei oder drei Ausgleichsrichtungen, insbesondere in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung, vorgesehen sind. Aufgrund der Verstellbarkeit der Grundposition kann insbesondere bei wiederholtem Handhaben von gleichen Bauteilen durch ein entsprechendes Verstellen der Grundposition eine unerwünschte Kollision und ein damit zusammenhängendes Ausweichen des Befestigungsteils minimiert und vorteilhafterweise vollständig vermieden werden kann. Dies führt insgesamt zu geringeren auf die Handhabungseinheit wirkenden Kräften und damit zu geringerem Verschleiß.
Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, mit der die Antriebsmittel angesteuert werden können. Die Steuereinheit ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie die Antriebsmittel in Abhängigkeit der auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräfte und/oder Momente ansteuert. Durch Verstellen der Grundposition in Abhängigkeit der auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräfte und/oder Momente kann also eine aktive Kraftregelung sowie ein aktives Einstellen der Dämpfung, der Steifigkeit und/oder der Trägheit ermöglicht werden. Wird festgestellt, dass die auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräfte und/oder Momente zu hoch werden und einen Schwellwert überschreiten, so kann eine entsprechende Ansteuerung der Antriebsmittel erfolgen, um eine Überlast und insbesondere eine Beschädigung zu vermeiden. Insgesamt liegt damit ein geschlossener Regelkreis vor, der aufgrund des aktiven Ansteuerns der Antriebsmittel insgesamt zu geringeren auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräften und damit auch zu einem verschleißarmen und langlebigem Betrieb der gesamten Automatisierungsanlage führt.
Dabei ist vorteilhaft, wenn die Steuereinheit weiter so eingerichtet ist, dass sie die auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräfte und/oder Momente in Abhängigkeit der Lageabweichung der Ausgleichsposition von der Grundposition bei bekannter Federrate der Federmittel bestimmt. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass durch Ansteuerung der Antriebsmittel das Befestigungsteil in x-, y-, z-Richtung in eine Soll-Position, die der Grundposition entspricht, verfahren wird. Daraufhin wird die Ist-Position in x-, y-, z-Richtung bestimmt. Wirken nun äußere Kräfte auf das Befestigungsteil, dann werden die Federmittel in die Richtung, in der die Kraft wirkt, komprimiert, womit eine Abweichung der Grundposition (Soll-Position) von der Ausgleichposition (Ist-Position) um einen Wert ΔL einhergeht. Bei bekannter Fehlerrate c der Federmittel kann schließlich über das hookesche Gesetz die auf das Befestigungsteil in die jeweilige x-, y-, z-Richtung wirkende Kraft F_x,y,z wie folgt bestimmt werden: $F_{x, y, z} = C * Δ L_{x, y, z}$
Die Steuereinheit kann ferner auch zur Ansteuerung der gesamten Automatisierungsanlage bzw. des Handhabungsgeräts sowie des Werkzeugs eingerichtet sein.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Befestigungsteil durch Betätigen der Antriebsmittel in eine entlang einer senkrecht zur Längsachse des Befestigungsteils verlaufenden x-Richtung und entlang einer senkrecht zur Längsachse des Befestigungsteils und senkrecht zur x-Richtung verlaufenden y-Richtung bewegbar angeordnet ist. Das Befestigungsteil kann dann folglich durch entsprechende Betätigung der Antriebsmittel in die beiden Ausgleichrichtungen in x-Richtung und y-Richtung bzw. in einer von diesen beiden Richtungen aufgespannten Verfahrebene verlagert werden. Ferner ist möglich, dass das Befestigungsteil so gegenüber dem Grundteil angeordnet ist und dass ferner die Antriebsmittel so ausgebildet sind, dass sie das Befestigungsteil auch in Richtung der Längsachse des Befestigungsteils, also in z-Richtung bewegen können. Insbesondere kann die Ausgleichseinheit modulartig ausgebildet sein, sodass es einzelne Module für einen Ausgleich in die x-Richtung, einen Ausgleich in die y-Richtung und oder einen Ausgleich in die z-Richtung abgebildet werden können.
Das Befestigungsteil weist vorzugsweise eine erste Ebene auf, die am Grundteil in x-Richtung geführt angeordnet ist und die bei Betätigen eines ersten Antriebsmittels entlang der x-Richtung bewegbar ist. Ferner weist das Befestigungsteil vorzugsweise eine zweite Ebene auf, die an der ersten Ebene in y-Richtung geführt angeordnet ist und die bei Betätigen eines zweiten Antriebsmittels entlang der y-Richtung bewegbar ist. Die Ausbildung ist dabei vorteilhafterweise so, dass an der zweiten Ebene das Handhabungswerkzeug anordenbar ist. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei einer Kollision das Befestigungsteil bzw. die zweite Ebene in x-Richtung und y-Richtung gegen die Federkraft der Federmittel aus der Grundposition in die Ausgleichsposition verlagerbar ist. Ferner hat eine derartige Ausgestaltung den Vorteil, dass durch Betätigen des jeweiligen Antriebsmittels die Grundposition des Befestigungsteils in einer von der x-Richtung und y-Richtung aufgespannten Verfahrebene verstellt werden kann. Die beiden Ebenen können dabei in z-Richtung mittels eines Dritten Antriebsmittels verlagerbar sein. Da die Antriebsmittel vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sind, kann eine überlagerte Bewegung des Befestigungsteils in x-Richtung und y-Richtung erfolgen.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass das Grundteil eine x-Achsführung zur Führung der ersten Ebene in x-Richtung und dass die erste Ebene eine y-Achsführung zur Führung der zweiten Ebene in y-Richtung aufweist. Dadurch kann folglich auf einfache Art und Weise die zweite Ebene letztlich in x-Richtung und y-Richtung geführt verlagert werden.
Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass das erste und/oder das zweite Antriebsmittel jeweils einen Antrieb und ein mittels dem jeweiligen Antrieb in die jeweilige x-Richtung oder y-Richtung verlagerbares Stellelement aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass an dem jeweiligen Stellelement jeweils ein mit der jeweiligen Ebene gekoppelter Adapter zum Verfahren der jeweiligen Ebene in die jeweilige x- oder y-Richtung vorgesehen ist, wobei der jeweilige Adapter am jeweiligen Stellelement in die jeweilige x- oder y-Richtung beweglich geführt und mit den Federmitteln in der jeweiligen Grundposition vorgespannt angeordnet ist. Die axial verlagerbaren Stellelemente sind folglich über die vorgespannten Federmittel mit dem jeweiligen Adapter so gekoppelt, dass ein Ausweichen in die jeweilige Ausgleichsrichtung gegen die Federkraft des jeweiligen Federmittels möglich ist. Werden die Stellelemente allerdings zur Verstellung der jeweiligen Grundposition axial verlagert, so wird die entsprechende Ebene in die jeweilige Richtung mit verlagert. Die beiden Ebenen können dabei ebenfalls in z-Richtung mittels eines Dritten Antriebs verlagerbar sein.
Dabei ist denkbar, dass der erste und/oder der zweite Antrieb als Drehantrieb mit einem Antriebsritzel, dass das Stellglied als eine das Antriebsritzel kämmende Zahnstange mit einem Wellenabschnitt und dass der Adapter auf dem Wellenabschnitt der Zahnstange verfahrbar angeordnet ist, wobei der Adapter insbesondere zwischen zwei Federelementen derart angeordnet ist, dass er von den Federelementen in die Grundposition gedrängt wird und entgegen der Federkraft der Federelemente in die Ausgleichsposition ausweichen kann. Der jeweilige Adapter kann dabei vorzugsweise mittels eines Gleitlagers auf dem jeweiligen Wellenabschnitt verschiebbar angeordnet sein.
Der Adapter des ersten Antriebs ist dabei vorzugsweise so angeordnet, dass er vom ersten Antrieb in x-Richtung angetrieben wird und unmittelbar mit der ersten Ebene in x-Richtung bewegungsgekoppelt ist. Der Adapter ist dann vorzugsweise einteilig als bewegungsstarres Bauteil ausgebildet.
Ferner ist denkbar, dass der Adapter des zweiten Antriebs ein erstes, auf dem Stellelement in y-Richtung geführtes Adapterteil mit einer in x-Richtung verlaufenden Adapterführung und ein zweites, entlang der Adapterführung in x-Richtung frei beweglich geführtes Adapterteil aufweist, wobei das zweite Adapterteil in y-Richtung mit der zweiten Ebene bewegungsgekoppelt ist. Durch eine derartige Ausbildung wird erreicht, dass bei Betätigen des ersten Antriebs das zweite Adapterteil des zweiten Adapters die Bewegung in x-Richtung aufgrund der Adapterführung am ersten Adapterteil mitvollziehen kann. Der Adapter des zweiten Antriebs lässt folglich eine Bewegung des zweiten Adapterteils in x-Richtung zu. Eine Kraftübertragung bei Betätigen des zweiten Antriebs in y-Richtung kann dennoch gewährleitstet werden, da das zweite Adapterteil gegenüber dem ersten Adapterteil in y-Richtung nicht beweglich angeordnet ist. Wird folglich der zweite Antrieb betätigt, so wird die zweite Ebene vom zweiten Adapterteil in y-Richtung bewegt.
Eine bauraumsparende Anordnung ergibt sich dann, wenn das Stellelement des ersten Antriebs und das Stellelements des zweiten Antriebs einen Winkel von 90° einschließen. Ferner ergibt sich eine bauraumsparende Anordnung, wenn die Antriebe als Motoren, insbesondere Elektromotoren, ausgebildet sind, wobei die Längsachsen der beiden Motoren, insbesondere Elektromotoren, parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Dabei ist denkbar, dass die Elektromotoren jeweils ein geeignetes Getriebe umfassen und/oder das zwischen einem Elektromotor und einem Stellelement ein Winkelgetriebe, insbesondere ein Kegelradgetriebe vorgesehen ist.
Zur Festsetzung des Befestigungsteils in einer bestimmten Position ist vorteilhaft, wenn im Grundteil eine ansteuerbare Verriegelungseinheit vorgesehen ist. Die Verriegelungseinheit kann vorzugsweise in z-Richtung gegen die zweite Ebene wirken und setzt diese vorzugsweise kraftschlüssig fest, wobei sie insbesondere magnetisch oder pneumatisch arbeitet.
Zur Verstellung der ersten und zweiten Ebene in z-Richtung ist denkbar, dass die beiden Ebenen in oder an einem z-Ausgleichsmodul befestigt sind, welches einen dritten Antrieb aufweist und mittels welchem die erste und zweite Ebene in z-Richtung verlagerbar sind.
Um in Betrieb der Ausgleichseinheit die jeweilige Ist-Positionen des Befestigungsteils in der jeweiligen Ausgleichsrichtung bestimmen zu können, sind vorzugsweise Positionssensoren vorgesehen. Denkbar ist, dass die Positionssensoren auf optischer Basis arbeiten und Abstände zwischen den Sensoren und an den jeweiligen Ebenen angeordneten Reflektorelementen detektieren.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:

1 eine Automatisierungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit und einem Werkzeug;
2 die Ausgleichseinheit gemäß 1 in Ansicht von schräg unten;
3 die Ausgleichseinheit gemäß 1 in Ansicht von schräg oben, ohne Seitenverkleidungen;
4 die Ausgleichseinheit gemäß 1 mit demontierten Ebenen,
5 die Draufsicht auf das Grundteil der Ausgleichseinheit gemäß 4 ohne Befestigungsteil und Verriegelungseinheit;
6 das Grundteil gemäß 5 ohne Antriebe mit Positionssensoren;
7 einen Längsschnitt entlang der Linie VII in 5; und
8 eine Ansicht gemäß der 6 ohne Antriebsmittel aber mit Verriegelungseinheit.

In der 1 ist eine an einer Automatisierungsanlage 10 angeordnete Ausgleichseinheit 12 gezeigt. Die Ausgleichseinheit 12 ist dabei zwischen einem Handhabungsgerät in Form eines Roboterarms 14 und einem Werkzeug 16 in Form einer Greifvorrichtung angeordnet. Wie aus 2 deutlich wird, weist die Ausgleichseinheit 12 auf ihrer Unterseite, also am Befestigungsteil 20, einen Befestigungsabschnitt 21 mit Befestigungsbohrungen auf zur Befestigung der Greifvorrichtung 16 auf. Wie insbesondere aus 3 deutlich wird, weist die Ausgleichseinheit 12 auf ihrer dem Roboterarm 14 zugewandten Seite einen Flanschabschnitt 17 auf, welcher in das freie Ende des Roboterarms 14 eingehängt bzw. daran befestigt werden kann. Die Ausgleichseinheit 10, bzw. deren Grundteil 18, weist eine in z-Richtung verlaufende Längsachse 26 auf, die, wie aus 1 deutlich wird, in der Längsachse 28 des Gliedes des Roboterarms 14 liegt, an welchem das Grundteil 18 befestigt ist.
Die in den 2 bis 8 näher gezeigte Ausgleichseinheit 12 weist ein in den 3 bis 4 deutlich zu erkennendes Grundteil 18 sowie ein gegenüber dem Grundteil 18 bewegbar angeordnetes Befestigungsteil 20 auf. Das Befestigungsteil 20 umfasst dabei eine erste Ebene 22 und eine zweite Ebene 24. Die Anordnung der beiden Ebenen 22 und 24 ist derart, dass die Ebene 22 am Grundteil senkrecht zur z-Richtung in x-Richtung verlagerbar angeordnet ist und dass die Ebene 24 an der zweiten Ebene 22 senkrecht zur z-Richtung und x-Richtung in y-Richtung verlagerbar angeordnet ist.
Während die zweite Ebene 24 vorzugsweise geschlossen ausgebildet ist, weist die erste Ebene 22 in ihrem zentralen Bereich einen vergleichsweise großen Durchbruch 25 auf, durch welchen im montierten Zustand verschiedene Bauteile, die mit der zweiten Ebene 24 zusammenwirken, hindurchgreifen können. Bei diesen Bauteilen handelt es sich insbesondere um einen Adapter 44, der im Weiteren beschrieben wird, sowie um eine Verriegelungseinheit 80, die in 8 gezeigt und ebenfalls im Weiteren beschrieben wird.
Wie aus 4 deutlich wird, ist am Grundteil 18 eine x-Achsführung 28 vorgesehen, welche die erste Ebene 22 in x-Richtung beweglich lagert. Die x-Achsführung 28 weist dabei am Grundteil 18 angeordnete Führungsleisten 30 und darauf verfahrbar angeordnete, im montierten Zustand fest an der ersten Ebene 22 befestigte Führungsschlitten 32 auf. Zur Führung der zweiten Ebene 24 in y-Richtung ist an der ersten Ebene 22, wie ebenfalls aus 4 deutlich wird, eine y-Achsführung 34 vorgesehen. Die y-Achsführung 34 weist dabei, entsprechend der x-Achsführung 28, Führungsleisten 30 auf, die sich bei der y-Achsführung 34 allerdings in y-Richtung erstrecken. Auf den Führungsleisten 30 der y-Achsführung 34 sind, wie in 4 gezeigt, beweglich in y-Richtung verlagerbare Führungsschlitten 32 vorgesehen, die im montierten Zustand an der zweiten Ebene 24 befestigt sind. Durch die beschriebene Ausbildung kann folglich das Befestigungsteil 20, bzw. die zweite Ebene 24 gemäß dem Pfeil 25 in 3 in x-Richtung und gemäß dem Pfeil 27 in y-Richtung aus einer Grundposition in eine Ausgleichsposition verlagert werden. Die Bewegung in x-Richtung erfolgt durch Verlagerung der ersten Ebene 22 gegenüber dem Grundteil 18 und die Verlagerung in x-Richtung erfolgt durch Verlagern der zweiten Ebene 24 gegenüber der ersten Ebene 22.
Um ein Rückstellen des Befestigungsteils 20, bzw. der beiden Ebenen 22, 24, aus der Ausgleichsposition in die Grundposition zu bewirken, sind Federmittel 36 vorgesehen, die in 5 deutlich zu erkennen sind. Die Federmittel 36 umfassen ein erstes Paar von Schraubenfedern 38, welches über einen Adapter 40 mit der ersten Ebene 22 zusammenwirkt. Die Federmittel 36 umfassen ferner ein zweites Paar von Schraubenfedern 42, das über einen zweiten Adapter 44 mit der zweiten Ebene 24 zusammenwirkt. Die Adapter 40, 44 sind dabei jeweils zwischen den Schraubenfederpaaren 38, 42 unter Vorspannung gefangen, wobei diese bei Überschreiten der jeweiligen Federkraft in x-Richtung bzw. y-Richtung bewegt werden können.
Der Adapter 40 ist folglich entlang des Doppelpfeils 46, wie er in 5 gezeigt ist, zwar federbeaufschlagt aber verschieblich in x-Richtung angeordnet.
Wie insbesondere aus 5 und 6 deutlich wird, umfasst der Adapter 44 ein erstes, in y-Richtung verschieblich gelagertes, von den Schraubenfedern 44 beaufschlagtes Adapterteil 48 sowie ein zweites Adapterteil 50, das mittels einer Adapterführung 52 in x-Richtung auf dem ersten Adapterteil 48 frei verschieblich gelagert ist. Das zweite Adapterteil 50 kann dabei eine Bewegung der zweiten Ebene 24 in x-Richtung ungestört vollziehen. In y-Richtung hingegen ist das erste Adapterteil 48, und auch das zweite Adapterteil 50, in der Grundposition aufgrund der Schraubenfedern 42 federbeaufschlagt aber verschieblich in y-Richtung angeordnet. Wird das Befestigungsteil 20 bzw. die zweite Ebene 24 in y-Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, die größer ist als die Federkraft der Schraubenfedern 22, so kann der Adapter 44, bzw. könne die beiden Adapterteile 48, 50 sich entlang des Doppelpfeils 54 in y-Richtung aus der Grundposition in eine Ausgleichsposition bewegen.
Wie ferner insbesondere aus 4 und 5 deutlich wird, weist die Ausgleichseinheit 12 zwei mittels einer Steuereinheit 55 ansteuerbare Antriebsmittel 56, 58 auf, wobei mit dem ersten Antriebsmittel 56 die Position des Adapters 40 in x-Richtung verlagerbar ist, so dass letztlich die Grundposition der ersten Ebene 22 und der zweiten Ebene 24, und damit auch die Grundposition des Befestigungsteils 20, in x-Richtung verlagerbar ist. Die Antriebsmittel 58 sind ferner derart angeordnet, dass mit ihnen die Position des Adapters 44 in y-Richtung, und damit die Grundposition der zweiten Ebene 24 bzw. des Befestigungsteils 20 in y-Richtung vestellbar ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in der 5 lediglich die beiden Antriebsmittel 56 und 58 Adaptern 40 und 44 gezeigt; weitere im Grundteil 18 vorhandene Bauteile sind nicht gezeigt.
Die Antriebsmittel 56 und 58 umfassen jeweils einen Antrieb 60 in Form eines Elektromotors, wobei die Antriebe 60 jeweils ein Ritzel 62 antreiben, welche in einem jeweiligen Ritzelgehäuse 64 drehbar gelagert angeordnet sind. Im Schnitt gemäß 7 ist das Ritzel 62 der ersten Antriebsmittel 56 deutlich zu erkennen. Das Ritzel 62 kämmt ein im Ritzelgehäuse 64 in x-Richtung geführtes Stellelement 66 in Form einer Zahnstange, wobei am Stellelement 66 ein Wellenabschnitt 68 angeordnet ist, auf dem der Adapter 40 in x-Richtung mittels einer Gleitführung frei verschieblich angeordnet ist. Im Schnitt gemäß 7 sind ebenfalls die Schraubenfedern 42 deutlich zu erkennen, die sich jeweils einerends am Adapter 40 abstützen und andererends jeweils gegen einen am Wellenabschnitt 68 vorgesehenen Anschlag wirken. Wie bereits beschrieben kann dadurch erreicht werden, dass der Adapter 40 bei Beaufschlagung mit einer Kraft, die größer als die Vorspannkraft der Schraubenfedern 42, in x-Richtung ausweichen kann. Durch Betätigen des Antriebs 60, bzw. Verdrehung des Ritzels 62, kann die Grundposition des Adapters 40, und damit des Befestigungsteils 20 in x-Richtung verstellt werden.
Die Antriebsmittel 58, die zum Verstellen des Adapters 44 in y-Richtung vorgesehen sind, entsprechen im Aufbau den Antriebsmitteln 56. Im Ritzelgehäuse 64 des Antriebsmittels 58 ist entsprechend ein Stellelement 66 in Form einer Zahnstange mit einem Wellenabschnitt 68 gelagert angeordnet. Im Unterschied zu den Antriebsmitteln 56 ist der Antrieb 60 bei den Antriebsmitteln 58 über ein Kegelradgetriebe 70 mit dem zugehörigen Ritzel 22 drehangetrieben. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Antriebe 60, wie aus 5 deutlich wird, parallel zueinander im Grundteil 18 platzsparend angeordnet werden können. Die beiden Stellelemente 66, bzw. die Zahnstangen mit den Wellenabschnitten 68, schließen, wie ebenfalls aus 5 deutlich wird, einen rechten Winkel ein.
Der Übersichtlichkeit halber sind in der 6 die Antriebe 60 sowie die zugehörigen Ritzel 62 nicht gezeigt. In der 6 sind allerdings zwei optische Positionssensoren 72 und 74 gezeigt, wobei mit dem Positionssensor 72 der Abstand eines an der ersten Ebene 22 angeordneten Reflektorelements 76, und damit die jeweilige Position des Befestigungsteils 20 in x-Richtung bestimmt werden kann. Das Reflektorelement 76 ist auch in 4 deutlich zu erkennen. Mit dem Positionssensor 74 wird der Abstand des ersten Adapterteils 48 in y-Richtung bestimmt, wodurch letztlich die jeweilige Position des Befestigungsteils 20 in y-Richtung detektierbar ist. Durch Vorsehen der Positionssensoren 72 und 74 kann folglich stets die jeweilige Ist-Position (Ausgleichsposition) des Befestigungsteils 20 in x-und y-Richtung bestimmt werden.
Die Steuereinheit 55 ist dabei so eingerichtet, dass sie die Grundposition, die der Sollposition des Befestigungsteils 20 in x-und y-Richtung entspricht, insbesondere über an den Antrieben vorgesehene Drehwinkelgeber bestimmen kann. Aus der Abweichung ΔL zwischen der mit dem Positionssensor 72, 74 bestimmten Ist-Position, also der Ausgleichsposition, und der über die Drehwinkelgeber bestimmten Grundposition kann die Steuereinheit 55 bei bekannter Fehlerrate c mittels dem hookeschen Gesetz die auf das Befestigungsteil in die x-, y-Richtung wirkende Kraft F_x,y wie folgt bestimmen: F_x,y = c * ΔL_x,y
Um einen Ausgleich in z-Richtung zu ermöglichen ist denkbar, dass am Grundteil 18 ein in den Figuren nicht gezeigtes z-Ausgleichsmodul vorgesehen ist, dass von der Steuereinheit 55 ansteuerbare Antriebsmittel zum Verstellen der Grundposition des Grundteils in z-Richtung aufweist. Bei Vorsehen eines solchen z-Ausgleichsmoduls kann die Steuereinheit 55 aus einer Abweichung in z-Richtung ΔLz die in die z-Richtung wirkende Kraft F_z bestimmen.
Die Steuereinheit 55 ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie die Antriebsmittel 56, 58 in Abhängigkeit der auf die Ausgleichseinheit 12 wirkenden Kräfte und/oder Momente ansteuert. Durch Verstellen der Grundposition in Abhängigkeit der auf die Ausgleichseinheit 12 wirkenden Kräfte und/oder Momente kann also insbesondere eine aktive Kraftregelung ermöglicht werden. Wird festgestellt, dass die auf die Ausgleichseinheit 12 wirkenden Kräfte und/oder Momente zu hoch werden und einen Schwellwert überschreiten, so kann eine entsprechende Ansteuerung der Antriebsmittel 58, 58 erfolgen, um eine Überlast und insbesondere eine Beschädigung zu vermeiden.
In der 8 ist das Grundteil 18 ohne die Antriebsmittel 56 und 58 sowie ohne die Positionssensoren 72 und 74 gezeigt. Im mittleren Bereich des Grundteils 18 ist eine Verrieglungseinheit 78 gezeigt, welche ein in z-Richtung verlagerbares Verriegelungsteil 80 aufweist. Die Anordnung ist dabei derart, dass das Verriegelungsteil in z-Richtung gegen die Unterseite der zweiten Ebene 24 beaufschlagt werden kann, so dass diese über Kraftschluss in ihrer jeweiligen Position festgesetzt wird. Das axiale Verlagern des Verriegelungsteils 80 kann dabei vorzugsweise pneumatisch oder magnetisch erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4717003 [0004]
DD 252512 A3 [0005]
EP 1740353 A1 [0006]
DE 202012012857 U1 [0006]
US 4714865 [0006]

Claims

Ausgleichseinheit (12) für eine Automatisierungsanlage (10), insbesondere zur Anordnung zwischen einem Handhabungsgerät (14) und einem Werkzeug (16), mit einem Grundteil (18) und mit einem Befestigungsteil (20), wobei das Befestigungsteil (20) gegenüber dem Grundteil (12) aus einer Grundposition entlang wenigstens einer Ausgleichsrichtung in eine Ausgleichsposition bewegbar angeordnet ist, und mit Federmitteln (36, 38, 42) zur Rückstellung des Befestigungsteils (20) aus der Ausgleichsposition in die Grundposition, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmittel (56, 58) zum Verstellen der Grundposition des Befestigungsteils (20) entlang der wenigstens einen Ausgleichsrichtung vorgesehen sind.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Antriebsmittel in Abhängigkeit der auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräfte und/oder Momente vorgesehen ist.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit weiter so eingerichtet ist, dass sie die auf die Ausgleichseinheit wirkenden Kräfte und/oder Momente in Abhängigkeit der Lageabweichung der Ausgleichsposition von der Grundposition bestimmt.
Ausgleichseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (20) in eine durch Betätigen der Antriebsmittel (56, 58) entlang einer senkrecht zur Längsachse des Befestigungsteils (20) verlaufenden x-Richtung und entlang einer senkrecht zur Längsachse des Befestigungsteils (20) und zur x-Richtung verlaufenden y-Richtung bewegbar angeordnet ist.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (20) eine erste Ebene (22) aufweist, die am Grundteil (18) in x-Richtung geführt angeordnet ist und die bei Betätigen eines ersten Antriebsmittels (56) entlang der x-Richtung bewegbar ist und dass das Befestigungsteil (20) eine zweite Ebene (24) aufweist, die an der ersten Ebene (22) in y-Richtung geführt angeordnet ist und die bei Betätigen eines zweiten Antriebsmittels (58) entlang der y-Richtung bewegbar ist.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundteil (18) eine x-Achsführung (28) zur Führung der ersten Ebene in x-Richtung und dass die erste Ebene (22) eine y-Achsführung (34) zur Führung der zweiten Ebene (24) in y-Richtung aufweist.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Antriebsmittel (56, 58) jeweils einen Antrieb (60) und ein mittels dem jeweiligen Antrieb (60) in die jeweilige x- oder y-Richtung axial verlagerbares Stellelement (66) aufweisen, wobei an dem jeweiligen Stellelement (66) jeweils ein mit der jeweiligen Ebene (22, 24) gekoppelter Adapter (40, 44) zum Verfahren der jeweiligen Ebene (22, 24) in die jeweilige x- oder y-Richtung vorgesehen ist, und wobei der jeweilige Adapter (40, 44)am jeweiligen Stellelement (66) in die jeweilige x- oder y-Richtung beweglich geführt und mit den Federmitteln (36, 38, 42) in der jeweiligen Grundposition vorgespannt angeordnet ist, so dass er zum Ausgleich in die jeweilige Ausgleichsrichtung ausweichen kann.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Antrieb (56, 58) als Drehantrieb mit einem Antriebsritzel (62), dass das Stellglied (66) als eine das Antriebsritzel (62) kämmende Zahnstange mit einem Wellenabschnitt (66) und dass der Adapter (40, 44) auf dem Wellenabschnitt (66) verfahrbar angeordnet ist, wobei der Adapter (40, 44) zwischen zwei Federelementen (38, 42) derart angeordnet ist, dass er von den Federelementen (38, 42) in die Grundposition gedrängt wird und entgegen der Federkraft der Federelemente (38, 42) in die Ausgleichsposition ausweichen kann.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (40) des ersten Antriebsmittels (56) vom ersten Antrieb (60) in x-Richtung angetrieben wird und unmittelbar mit der ersten Ebene (22) in x-Richtung bewegungsgekoppelt ist.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (44) des zweiten ersten Antriebsmittels (58) ein erstes, auf dem Stellelement (66) in y-Richtung geführtes Adapterteil (48) mit einer in x-Richtung verlaufenden Adapterführung (52) und ein zweites, entlang der Adapterführung (52) in x-Richtung frei beweglich geführtes Adapterteil (50) aufweist, wobei das zweite Adapterteil (50) in y-Richtung mit der zweiten Ebene (54) bewegungsgekoppelt ist.
Ausgleichseinheit (12) nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (66) des ersten Antriebsmittels (56) und das Stellelement 66) des zweiten Antriebsmittels (58) einen Winkel von 90° einschließen.
Ausgleichseinheit (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe als Motoren ausgebildet sind, wobei die Längsachsen der beiden Motoren parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.
Ausgleichseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundteil (18) eine ansteuerbare Verriegelungseinheit (78) zur Verriegelung des Befestigungsteils (20) gegenüber dem Grundteil (18) vorgesehen ist.
Ausgleichseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Positionssensoren (72, 74) zur Detektion der Position des Befestigungsteils (20) in der jeweiligen Ausgleichsrichtung vorgesehen sind.