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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Vereinzeln von quaderförmigen Werkstücken von einem Stapel. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Greiferleiste für einen Roboter zur Verwendung in einem solchen Verfahren und einen mit einer derartigen Greiferleiste ausgestatteten Roboter.
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Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung in diversen industriellen Fertigungsprozessen, beispielsweise in der Automobilindustrie, ist es erforderlich, Werkstücke automatisiert durch Industrieroboter von Paletten aufzunehmen und an einem definierten Ort, beispielsweise auf einem Förderband, wieder abzulegen. Zu diesem Zweck weisen Industrieroboter in der Regel einen Greifermechanismus auf, mit Hilfe dessen ein einzelnes Werkstück aufgenommen und an anderer Stelle wieder abgelegt werden kann.
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Das Aufnehmen durch einen Roboter kann insbesondere dann problematisch sein, wenn die Werkstücke in einem Stapel auf einer Palette bereitgehalten werden. Dabei können mehrere Lagen von Werkstücken aufeinandergestapelt sein, weiterhin kann jede einzelne Lage aus mehreren nebeneinanderliegenden Werkstücken bestehen. Insbesondere bei quaderförmigen Werkstücken ist eine solche Stapelung üblich. In diesem Fall muss der Roboter zunächst die Position eines als nächstes aufzunehmenden Werkstückes erkennen und seinen Greifermechanismus in die entsprechende Position verfahren, bevor das Werkstück zuverlässig von dem Stapel aufgenommen werden kann. Erschwerend kann dabei hinzukommen, dass die einzelnen Werkstücke häufig nicht exakt fluchtend auf dem Stapel angeordnet sind und/oder einzelne Werkstücke nicht exakt parallel zu den Seitenkanten der Palette ausgerichtet sind sondern mit diesen einen Winkel einschließen. Schließlich können, z.B. aufgrund von fertigungsbedingten Toleranzen, auch Unterschiede in den Abmessungen, insbesondere in den Höhen, der Werkstücke vorliegen, welche für eine zuverlässige Aufnahme der Werkstücke vom Stapel zu berücksichtigen ist. Bei Werkstücken aus elastischen Materialien wird der Prozess weiter erschwert, da herkömmliche taktile Sensoren aufgrund der Nachgiebigkeit des Materials nur bedingt zum Einsatz kommen können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung, mit Hilfe deren quaderförmige Werkstücke zuverlässig automatisiert von einem Stapel vereinzelt werden können und die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Greiferleiste für einen Roboter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch einen Roboter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß Patentanspruch 1 schlägt die Erfindung ein Verfahren zum automatisierten Vereinzeln von quaderförmigen Werkstücken von einem Stapel unter Verwendung eines Roboters vor, wobei der Roboter eine Steuerung und eine durch die Steuerung steuerbare Greiferleiste umfasst und wobei die Greiferleiste mindestens zwei Abstandssensoren und mindestens einen Greifer aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Grobe Bestimmung der Höhe der Oberfläche des Stapels;
- - Positionieren der Greiferleiste oberhalb der Oberfläche des Stapels;
- - Scannen der Oberfläche des Stapels mit Hilfe der Abstandssensoren zur Ermittlung eines Höhenprofils des Stapels;
- - Bestimmen der Position einer Längskante eines als nächstes aufzunehmenden Werkstückes aus dem Höhenprofil;
- - Verfahren der Greiferleiste über die Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks;
- - Ausrichten der Greiferleiste parallel zur Längskante des Werkstückes anhand eines Abgleichs der Signale der mindestens zwei Abstandssensoren;
- - Verfahren der Greiferleiste parallel zur Längskante des Werkstückes um etwa die halbe Breite des Werkstückes;
- - Absenken der Greiferleiste über das Werkstück und Greifen des Werkstückes mit Hilfe des mindestens einen Greifers.
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Die genannten Verfahrensschritte können dabei teilweise auch simultan erfolgen.
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Mit anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Kontur eines Stapels von quaderförmigen Werkstücken zunächst grob erkannt wird, dass dann die Position der Längskante eines als nächstes zu vereinzelnden Werkstücks exakt bestimmt wird und dieses Werkstück schließlich mittels der Greiferleiste vereinzelt wird. Die Greiferleiste kann dabei als längliche Greiferleiste ausgebildet sein, die in ihrer Längserstreckung im Wesentlichen eine ähnliche Länge aufweist wie die zu vereinzelnden Werkstücke.
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Die jeweiligen Relativpositionen der Abstandssensoren und des Greifers bzw. der Greifer zueinander sind der Steuerung des Roboters bekannt, ebenso wie deren momentane Absolutposition im Raum, die im Folgenden auch als aktuelle IST-Position bezeichnet wird. Des Weiteren sind auch die Abmessungen der zu handhabenden quaderförmigen Werkstücke, d.h. deren Länge, Breite und Höhe der Steuerung des Roboters bekannt.
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Im Einzelnen sieht das erfindungsgemäß Verfahren vor, dass in einem ersten Verfahrensschritt zunächst grob die Höhe der Oberfläche des zu verarbeitenden Stapels bestimmt wird. Als Bezugspunkt für die Höhenbestimmung kann dabei beispielsweise der Boden, auf welchem die Palette steht, oder die Oberfläche der Palette selber gewählt werden. Die grobe Bestimmung der Höhe kann durch Augenmaß oder durch Ausmessen durch einen Arbeiter erfolgen. Sie kann gemäß einem Vorschlag der Erfindung aber auch mit Hilfe eines ortsfesten Positionssensors erfolgen, welcher in einem Bereich oberhalb des Stapels, beispielsweise an einer Stellage, angeordnet ist. Bei dem ortsfesten Positionssensor kann es sich beispielsweise um einen Laserscanner oder um einen Reflexions-Lichttaster handeln. Sofern nur ein einzelner ortsfester Positionssensor verwendet wird, kann die Höhe der Oberfläche des Stapels nur an einer ausgewählten Stelle bestimmt werden. Ein etwaiger Sprung im Oberflächenprofil des Stapels ist auf diese Weise noch nicht zu erkennen. Die Messung über den ortsfesten Positionssensor bzw. die Bestimmung der Höhe durch Augenmaß oder Ausmessen soll im Sinne der Erfindung lediglich einen groben Anhaltspunkt über die Höhe der Oberfläche des Stapels liefern und wird als solcher der Steuerung des Roboters zugeführt.
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Alternativ können auch einer oder mehrere der an der Greiferleiste vorhandenen Abstandssensoren direkt zur Vorpositionierung genutzt werden, indem der Roboter die Greiferleiste zunächst auf eine definierte Position oberhalb des Stapels fährt, die weit genug vom Stapel entfernt ist, um eine Kollision mit diesem auszuschließen.
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Die Steuerung des Roboters verwendet den ermittelten (groben) Wert der Höhe der Oberfläche des Stapels sodann als Input für die Steuerung der Greiferleiste. Letztere kann in einem nachfolgenden Verfahrensschritt somit derart angesteuert werden, dass sie unmittelbar in eine Position mit geringem Abstand zur Oberfläche des Stapels verfahren wird. Dabei ist die Ausgangsposition des Greiferleiste, aus der heraus sie verfahren wird, der Steuerung des Roboters bekannt.
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In diesem geringen Abstand zur Oberfläche des Stapels fährt die Greiferleiste in einem weiteren Verfahrensschritt, veranlasst durch die Steuerung des Roboters, mindestens einmal ein definiertes Fahrprofil über die gesamte Oberfläche des Stapels ab, wobei die Oberfläche des Stapels komplett gescannt wird. Dabei erfassen die an einer dem Stapel zugewandten Unterseite der Greiferleiste angeordneten mindestens zwei Abstandssensoren permanent ihren Abstand zur Oberfläche des Stapels. Die Signale der Abstandssensoren werden der Steuerung des Roboters zugeführt. Aus den erfassten Abständen können in Kombination mit den zugehörigen aktuellen IST-Positionen der Abstandssensoren durch die Steuerung des Roboters Linienprofile und damit ein Höhenprofil der Oberfläche des Stapels berechnet werden. Insbesondere werden dabei auch Sprünge in der Höhe der Oberfläche erkannt, welche dadurch zustande kommen können, dass zu einem früheren Zeitpunkt aus der obersten Lage des Stapels bereits einige - aber noch nicht alle - Werkstücke entnommen wurden.
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Aus dem ermittelten Höhenprofil des Stapels und insbesondere aus dem Vorhandensein einer Stufe kann auf die Anordnung der zu vereinzelnden Werkstücke in der obersten Lage des Stapels geschlossen werden. So weist das Vorhandensein einer deutlichen Stufe darauf hin, dass bereits einige - jedoch noch nicht alle - Werkstücke aus der obersten Lage des Stapels entnommen wurden. In diesem Fall ist das nächste aufzunehmende Werkstück dasjenige, welches die Stufe ausbildet. Wird beim Scannen der Oberfläche keine Stufe detektiert, so ist die oberste Lage des Stapels noch vollständig mit Werkstücken gefüllt und das als nächstes aufzunehmende Werkstück ist dasjenige, welches als erstes am Rand der obersten Lage des Stapels liegt.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt bestimmt die Steuerung des Roboters aus dem ermittelten Höhenprofil erfindungsgemäß die Position der Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks. Sofern eine Stufe in der obersten Lage der Werkstücke vorhanden ist, handelt es sich bei der Längskante um diejenige Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks, welche die Stufe ausbildet und somit bereits freiliegt. Weist die Oberfläche des Stapels keine Stufe auf, so handelt es sich bei der Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks um die Längskante eines am äußeren Rand des Stapels liegenden Werkstücks, welche gleichzeitig eine obere Außenkante des Stapels bildet.
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In diese Position der Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks wird die Greiferleiste sodann, angesteuert durch die Steuerung des Roboters, verfahren, wobei gegebenenfalls noch eine Ausrichtung der Greiferleiste parallel zu dem aufzunehmenden Werkstück erfolgt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das aufzunehmende Werkstück nicht parallel zu den Seitenkanten der Palette ausgerichtet ist. Eine solche Abweichung von der parallelen Ausrichtung erkennt die Steuerung des Roboters wiederum mit Hilfe der Abstandssensoren, wobei deren Signale zu diesem Zweck miteinander verknüpft und untereinander abgeglichen werden. Sofern sich die Greiferleiste im Wesentlichen in paralleler Ausrichtung zu der Längskante des aufzunehmenden Werkstücks befindet, liefern alle Abstandssensoren gleiche Abstandswerte. Ist die Greiferleiste hingegen gegenüber der Längskante des aufzunehmenden Werkstücks um einen Winkel α gedreht, so liefern die Abstandssensoren unterschiedliche Abstandswerte, da ein Abstandssensor, der oberhalb des aufzunehmenden Werkstücks liegt, den Abstand zu diesem misst, während ein zweiter Abstandssensor, der aufgrund der nichtparallelen Ausrichtung nicht oberhalb des aufzunehmenden Werkstücks liegt, den Abstand zu der unterhalb des aufzunehmenden Werkstücks liegenden Lage von Werkstücken misst. Eine Diskrepanz der gemessenen Abstandswerte der mindestens zwei Abstandssensoren ist somit ein Indiz dafür, dass die Greiferleiste noch nicht parallel zur Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks ausgerichtet ist. In diesem Fall bewirkt die Steuerung des Roboters eine Drehung der Greiferleiste um eine durch ihren Schwerpunkt verlaufende Achse, und zwar so lange, bis alle Abstandssensoren gleiche Abstandswerte liefern und die Greiferleiste somit parallel zur Längskante des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks ausgerichtet ist.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Greiferleiste in einem nachfolgenden Verfahrensschritt um etwa die halbe Breite des aufzunehmenden Werkstücks parallel zu dessen Längskante verfahren wird, so dass die Greiferleiste nun zentral oberhalb des aufzunehmenden Werkstücks positioniert ist. Aus dieser Position heraus wird die Greiferleiste in einem abschließenden Verfahrensschritt in Richtung auf das aufzunehmende Werkstück abgesenkt und mit Hilfe des mindestens einen an der Unterseite der Greiferleiste angeordneten Greifers aufgenommen.
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Beim sukzessiven Entladen einer Palette müssen nicht bei jedem einzelnen Werkstück alle genannten Verfahrensschritte durchlaufen werden, da die grobe Kontur des Stapels der Steuerung vom jeweils vorhergehenden Werkstück bekannt ist.
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Gemäß einem Vorschlag der Erfindung kann es ich bei den mindestens zwei Abstandssensoren um Laser-Lichttaster handeln. Derartige berührungslos arbeitende Sensoren können Abstände beispielsweise nach dem Prinzip der Triangulation oder nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung erfassen.
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Nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung kann es sich bei den mindestens zwei Abstandssensoren um ebenfalls berührungslos arbeitende Ultraschallsensoren handeln.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass bei den mindestens zwei Abstandssensoren eine Kombination aus unterschiedlichen Sensortypen zum Einsatz kommt.
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Zwei der mindestens zwei Abstandssensoren können beispielweise im Bereich der beiden Enden der Greiferleiste angeordnet sein.
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Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Greiferleiste mindestens drei Abstandssensoren aufweist, die gleichmäßig über die Länge der Greiferleiste verteilt angeordnet sein können.
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Bei dem mindestens einen Greifer kann es sich je nach Beschaffenheit der zu handhabenden Werkstücke beispielsweise um einen Vakuumgreifer oder um einen Nadelgreifer handeln. Ein Vakuumgreifer nimmt das Werkstück durch Ansaugen auf, während bei einem Nadelgreifer in der Regel zwei Sätze überkreuzter Nadeln wenige mm in das Werkstück eindringen und das Werkstück so aufgenommen werden kann. Nadelgreifer werden vorzugsweise zur Handhabung von leichten und biegeschlaffen Materialien, wie beispielsweise Schäumen, insbesondere Polyurethanschäumen, eingesetzt.
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Gemäß Patentanspruch 7 schlägt die Erfindung auch eine Greiferleiste für einen Roboter zum automatisierten Vereinzeln von quaderförmigen Werkstücken von einem Stapel vor, wobei die Greiferleiste mindestens einen Greifer und mindestens zwei Abstandssensoren aufweist. Die mindestens zwei Abstandssensoren können dabei als berührungslose Sensoren, beispielsweise als Laser-Lichttaster oder als Ultraschallsensoren, ausgebildet sein. Grundsätzlich können alle Abstandssensoren gleichartig ausgebildet sein, es können aber auch unterschiedliche Abstandssensoren an einer Greiferleiste zum Einsatz kommen. Die Anzahl der Abstandssensoren kann sich an der Länge der Greiferleiste bemessen, wobei umso mehr Abstandssensoren vorgesehen sein können, je länger die Greiferleiste ist. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Greiferleiste mindestens drei Abstandssensoren aufweist, wobei jeweils ein Abstandssensor im Bereich eines jeden Endes der Greiferleiste und der mindestens eine weitere Abstandssensor zwischen diesen beiden endseitigen Abstandssensoren angeordnet sein kann.
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Der mindestens eine Greifer kann nach einem Vorschlag der Erfindung als Nadelgreifer ausgebildet sein. Nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung kann der mindestens eine Greifer als Vakuumgreifer ausgebildet sein. Die Ausführung des mindestens einen Greifers richtet sich dabei nach der Beschaffenheit und insbesondere nach dem Material der zu vereinzelnden Werkstücke.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Greiferleiste mindestens vier, mindestens 6 oder mindestens 10 Greifer auf. Die Anzahl der Greifer kann sich an der Länge der Greiferleiste bemessen, wobei umso mehr Greifer vorgesehen sein können, je länger die Greiferleiste ist. Je mehr Greifer die Greiferleiste aufweist, umso zuverlässiger können insbesondere lange und biegeschlaffe Werkstücke von einem Stapel aufgenommen werden. Die Anordnung der Greifer erfolgt dabei im Wesentlichen gleichmäßig über die Länge der Greiferleiste, wobei zwischen benachbarten Greifern ein oder mehrere Abstandssensoren angeordnet sein können.
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Gemäß Patentanspruch 13 schlägt die Erfindung auch einen Roboter mit einer Greiferleiste gemäß einer der obigen Ausführungen vor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können grundsätzlich in beliebigen Prozessen zum Einsatz kommen, in denen die Vereinzelung von quaderförmigen Werkstücken von einem Stapel erforderlich ist, insbesondere dort, wo die Vereinzelung bislang mit entsprechendem Aufwand manuell erfolgt. In besonders vorteilhafter Weise können das Verfahren und die Vorrichtung in Fertigungsprozessen in der Automobilindustrie eingesetzt werden, beispielsweise zur Vereinzelung von Schaumstoffstreifen von einem Stapel, welche nachfolgend als Schallabsorber an der Innenseite der Lauffläche eines Reifens angebracht werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1: einen Roboter mit einer erfindungsgemäßen Greiferleiste in perspektivischer Ansicht;
- 2: eine perspektivische Ansicht der Greiferleiste aus 1 von schräg unten;
- 3: eine perspektivische Ansicht der Greiferleiste aus 1 von schräg oben;
- 4a: in vereinfachter, schematischer Seitenansicht ein Stapel von zu vereinzelnden Werkstücken;
- 4b: eine schematische Ansicht des Stapels aus 4a von oben;
- 5a: in vereinfachter, schematischer Ansicht ein weiterer Stapel von zu vereinzelnden Werkstücken;
- 5b: eine schematische Ansicht des Stapels aus 5a von oben.
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1 zeigt einen im Ganzen mit 1 bezeichneten Roboter, welcher auch als Industrieroboter bezeichnet wird. Der Roboter 1 umfasst einen Standfuß 2, einen ersten verschwenkbaren Arm 3, welcher mit dem Standfuß 2 über eine Gelenkvorrichtung 4 verbunden ist, sowie einen zweiten verschwenkbaren Arm 5, welcher mit dem ersten Arm 3 über eine Gelenkvorrichtung 6 verbunden ist. An dem zweiten Arm 5 ist in einem Anschlussbereich 7 eine Greiferleiste 8 befestigt. Der Roboter 1 ist weiterhin mit einer hier nicht näher dargestellten Steuerung ausgestattet, wobei der Roboter 1 als Ganzes und insbesondere die Greiferleiste 8 durch die Steuerung steuerbar ist.
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Die grundsätzliche Funktionsweise derartiger Roboter 1 ist allgemein bekannt und wird daher im Folgenden nicht näher erläutert.
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2 zeigt die Greiferleiste 8 aus 1 in einer isolierten Ansicht von schräg unten. Die Greiferleiste 8 hat eine Länge L und eine etwa quadratische Querschnittsform. Im Bereich ihrer Unterseite 8a weist die Greiferleiste 8 drei Abstandssensoren 9 und acht Greifer 10 auf. Die Abstandssensoren 9 sind über die Länge L der Greiferleiste 8 verteilt angeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Abstandssensoren 9 jeweils etwa gleich ist. Einer der drei Abstandssensoren 9 ist dabei im Wesentlichen auf der halben Länge L der Greiferleiste 9 angeordnet, die beiden übrigen Abstandssensoren 9 sind symmetrisch zu dem mittig angeordneten Abstandssensor 9 im Bereich des ersten Endes 8b bzw. des zweiten Endes 8c der Greiferleiste 8 angeordnet. Bei den Abstandssensoren 9 handelt es sich um Laser-Lichttaster, die nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung arbeiten.
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Die acht Greifer 10 sind ebenfalls verteilt über die Länge L der Greiferleiste 8 angeordnet, wobei bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Greifer 10 zwischen zwei Abstandssensoren 9 bzw. zwischen einem Abstandssensor 9 und einem Ende 8b, 8c der Greiferleiste 8 angeordnet sind. Die Greifer 10 sind als Nadelgreifer ausgebildet und werden in hier nicht näher erläuterter Weise pneumatisch angesteuert. Nadelgreifer, bei denen in der Regel zwei Sätze überkreuzter Nadeln wenige mm in das aufzunehmende Werkstück eindringen und dieses so greifbar machen, werden vorzugsweise zur Handhabung von leichten und biegeschlaffen Materialien wie beispielsweise Schaumstoffen eingesetzt.
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Die jeweiligen Relativpositionen der Abstandssensoren 9 und der Greifer 10 zueinander sind der Steuerung des Roboters 1 bekannt, ebenso wie deren momentane Absolutposition im Raum, die auch als IST-Position bezeichnet wird.
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3 zeigt die Greiferleiste 8 aus 1 und 2 in einer isolierten Ansicht von schräg oben. Im Bereich der Oberseite 8d der Greiferleiste 8 ist eine Anschlussplatte 11 für den Anschluss der Greiferleiste 8 an den Roboterarm 5 vorgesehen. Hiervon beabstandet ist ein Sammelstecker 12 angeordnet, über den die Signale der Abstandssensoren 9 gesammelt abgegriffen und der Steuerung des Roboters 1 zugeführt werden können.
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Anhand der 4a, 4b, 5a, 5b soll im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert werden. 4a zeigt in vereinfachter, schematischer Seitenansicht einen Stapel 14 von zu vereinzelnden quaderförmigen Werkstücken 13. Bei den Werkstücken 13 kann es sich beispielsweise um Streifen aus einem Polyurethanschaum handeln. Die Werkstücke 13 sind in mehreren Lagen übereinander zu dem Stapel 14 aufgestapelt, wobei jede Lage ihrerseits mehrere nebeneinanderliegende Werkstücke 13 umfasst. Der Stapel 14 von Werkstücken 13 liegt auf einer Palette 15 auf.
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4b zeigt den Stapel aus 4a in schematischer Ansicht von oben. In dieser Ansicht sind die Werkstücke 13 der obersten Lage des Stapels 14 als einzelne Streifen dargestellt, während die Werkstücke 13 der darunterliegenden Lage der besseren Übersichtlichkeit halber nicht einzeln dargestellt sind.
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Man erkennt an den 4a und 4b, dass es sich bei den Werkstücken 13 um quaderförmige Werkstücke handelt, deren Länge X größer ist als deren Breite Y und deren Höhe H. Die Länge L der Greiferleiste 8 ist im Wesentlichen ähnlich der Länge X der Werkstücke 13. „Im Wesentlichen ähnlich“ bedeutet dabei, dass die Länge L der Greiferleiste 8 etwa 10% länger oder kürzer als die Länge X der Werkstücke 13 sein kann.
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Der in den 4a und 4b dargestellte Stapel 14 weist die Besonderheit auf, dass aus der obersten Lage des Stapels 14 zu einem früheren Zeitpunkt bereits drei Werkstücke 13 entnommen wurden und die oberste Lage des Stapels 14 somit nicht mehr vollständig mit Werkstücken 13 gefüllt ist. Eine solche Situation kann beispielsweise dann auftreten, wenn von einer noch nicht vollständig abgetragenen Palette 15 aus produktionstechnischen Gründen zunächst keine weiteren Werkstücke 13 mehr entnommen werden und die noch teilweise gefüllte Palette 15 vorübergehend beiseitegestellt wird. Zu einem späteren Zeitpunkt kann es erforderlich sein, die noch teilweise gefüllte Palette 15 wieder in die Arbeitsumgebung zu bringen und die noch verbliebenen Werkstücke 13 von dem Stapel 14 abzutragen. Für eine automatisierte Vereinzelung der Werkstücke 13 ist in diesem Fall zunächst zu erkennen, wo genau sich das als nächste zu vereinzelnden Werkstück 13 befindet.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dazu zunächst die Höhe der Oberfläche 16 des Stapels 14 grob bestimmt. Diese grobe Höhenbestimmung dient dazu, die Greiferleiste 8 des Roboters 1 zu Beginn des Vereinzelungsprozesses unmittelbar in eine Position verfahren zu können, in welcher sie der Oberfläche 16 des Stapels 14 bereits sehr nah ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn, wie zuvor beschrieben, ein Stapel 14 bearbeitet wird, der nicht mehr vollständig gefüllt ist, sondern von dem unter Umständen bereits mehrere Lagen an Werkstücken 13 entnommen wurden. Bei dem in den 4a, 4b gezeigten Ausführungsbeispiel ist zum Zwecke der groben Höhenbestimmung der Oberfläche 16 des Stapels 14 ein als Laserscanner ausgebildeter ortsfester Positionssensor 17 in einem Bereich oberhalb des Stapels 14 angeordnet. Der Positionssensor 17 ist an einer nicht näher dargestellten Stellage 18 befestigt.
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Mit Hilfe des Positionssensors 17 wird die Höhe der Oberfläche 16 des Stapels 14 bezüglich des Bodens, auf dem die Palette 15 aufsteht, an einem Punkt der Oberfläche 16 ermittelt. In dem in der 4a dargestellten Beispiel erfasst der Positionssensor 17 die Höhe der Oberfläche 16 in einem Bereich, in dem noch Werkstücke 13 in der obersten Lage des Stapels 14 liegen. In einer alternativen Konstellation, bei der die oberste Lage des Stapels 14 beispielsweise bereits bis auf zwei am rechten Rand liegende Werkstücke 13 abgetragen ist, würde der Positionssensor 17 als Höhe der Oberfläche 16 die Höhe der unterhalb der obersten Lage liegenden Lage erfassen. Mit anderen Worten kann die durch den ortsfesten Positionssensor 17 erfasste Höhe der Oberfläche 16 des Stapels je nach konkreter Konstellation um die Höhe H einer Lage an Werkstücken 13 variieren, da etwaige Stufen 19 in der Oberfläche 16 des Stapels 14 zu diesem Zeitpunkt noch nicht erkannt werden. Aus diesem Grunde handelt es sich bei der in diesem ersten Verfahrensschritt durchgeführten Höhenbestimmung lediglich um eine grobe Höhenbestimmung, die im Folgenden der Annäherung des Greiferleiste 8 an die zu bearbeitende Oberfläche 16 dient.
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Das Signal der Positionssensors 17 wird über eine entsprechende, hier nicht dargestellte Signalleitung oder auch leitungsungebunden der Steuerung des Roboters 1 zugeführt. Die Steuerung des Roboters 1 verarbeitet das Signal des Positionssensors 17 und steuert darauf basierend in einem nächsten Verfahrensschritt den Roboter 1 so an, dass die Greiferleiste 8 mit ihrer Unterseite 8a auf einer Höhe etwas oberhalb der Oberfläche 16 des Stapels 14 positioniert wird. Der oben bereits erläuterten Unschärfe in der Höhenbestimmung durch den ortsfesten Positionssensor 17 trägt die Steuerung des Roboters 1 dadurch Rechnung, dass zu dem ermittelten Wert der Höhe der Oberfläche 16 des Stapels 14 stets ein fester Offset von etwa der ein- bis zweifachen Höhe H einer Lage an Werkstücken 13 hinzuaddiert wird, so dass die Greiferleiste 8 mit ihrer Unterseite 8a stets oberhalb der obersten Lage an Werkstücken 13 des Stapels 14 positioniert wird.
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Die Greiferleiste 8 wird dabei von der Steuerung des Roboters 1 so angesteuert, dass sie mit ihrer Länge L im Wesentlichen parallel zu einer Seitenkante 20 der Palette 15 ausgerichtet ist und sich oberhalb einer Außenkante 21 des Stapels 14 befindet, bei dem in 4a dargestellten Beispiel etwa oberhalb der linken Außenkante 21 des Stapels 14.
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Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Greiferleiste 8, veranlasst durch die Steuerung des Roboters 1, mit einem definierten Fahrprofil in einer von der Oberfläche 16 beabstandeten horizontalen Ebene über die gesamte Oberfläche 16 des Stapels 14 hinweggefahren, in dem in den 4a, 4b gezeigten Ausführungsbeispiel etwa von links nach rechts. Die Oberfläche 16 des Stapels 14 wird dabei komplett gescannt, indem die drei Abstandssensoren 9 der Greiferleiste 8 permanent ihren Abstand zur Oberfläche 16 des Stapels 14 erfassen. Die Signale der Abstandssensoren 9 werden über hier nicht näher dargestellte Signalleitungen oder auch signalungebunden der Steuerung des Roboters 1 zugeführt. Aus den erfassten Abständen können in Kombination mit den zugehörigen aktuellen IST-Positionen der Abstandssensoren 9 durch die Steuerung des Roboters 1 Linienprofile und damit ein Höhenprofil der Oberfläche 16 des Stapels 14 berechnet werden. Dabei wird insbesondere auch die genaue Lage und Höhe der Stufe 19 erfasst.
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Aus dem ermittelten Höhenprofil des Stapels 14 und insbesondere aus dem Vorhandensein einer Stufe 19 kann auf die Anordnung der zu vereinzelnden Werkstücke 13 in der obersten Lage des Stapels 14 geschlossen werden. So weist das Vorhandensein einer Stufe 19 darauf hin, dass bereits einige - jedoch noch nicht alle - Werkstücke 13 aus der obersten Lage des Stapels 14 entnommen wurden. In diesem Fall ist das nächste aufzunehmende Werkstück 13 dasjenige, welches die Stufe 19 ausbildet.
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Im nachfolgenden Verfahrensschritt berechnet die Steuerung des Roboters 1 aus dem ermittelten Höhenprofil die Position der Längskante 22 des als nächstes aufzunehmenden, die Stufe 19 ausbildenden Werkstücks 13.
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In diese Position der Längskante 22 des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks 13 wird die Greiferleiste 8 sodann verfahren, wobei gegebenenfalls noch eine Ausrichtung der Greiferleiste 8 parallel zu dem aufzunehmenden Werkstück 13 erfolgt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das aufzunehmende Werkstück 13 nicht parallel zu der Seitenkante 20 der Palette 15 ausgerichtet ist. Eine solche Abweichung von der parallelen Ausrichtung erkennt die Steuerung des Roboters 1 wiederum über die Signale der Abstandssensoren 9. Sofern sich die Greiferleiste 9 im Wesentlichen in paralleler Ausrichtung und oberhalb der Längskante 22 des aufzunehmenden Werkstücks 13 befindet, liefern alle drei Abstandssensoren 9 gleiche Abstandswerte zur Oberfläche 16 des Stapels 14. Ist die Greiferleiste 8 hingegen gegenüber der Längskante 22 des aufzunehmenden Werkstücks 13 um einen Winkel α gedreht, so liefern mindestens zwei der drei Abstandssensoren 9 unterschiedliche Abstandswerte, da ein Abstandssensor 9, der oberhalb des aufzunehmenden Werkstücks 13 liegt, den Abstand zu diesem misst, während ein zweiter Abstandssensor 9, der aufgrund der nichtparallelen Ausrichtung nicht oberhalb des aufzunehmenden Werkstücks 13 liegt, den Abstand zu der unterhalb des aufzunehmenden Werkstücks 13 liegenden Lage von Werkstücken 13 misst. Eine Diskrepanz zwischen den gemessenen Abstandswerten mindestens zweier Abstandssensoren 9 ist somit ein Indiz dafür, dass die Greiferleiste 8 noch nicht parallel zur Längskante 22 des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks 13 ausgerichtet ist. In diesem Fall bewirkt die Steuerung des Roboters 1 eine Drehung der Greiferleiste 8 um eine durch ihren Schwerpunkt, etwa in dem Anschlussbereich 7, verlaufende, vertikale Achse, und zwar so lange, bis alle Abstandssensoren 9 gleiche Abstandswerte liefern und die Greiferleiste 8 somit parallel zur Längskante 22 des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks 13 ausgerichtet ist.
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Nachfolgend wird die Greiferleiste 8 um etwa die halbe Breite Y des aufzunehmenden Werkstücks 13 parallel zu dessen Längskante 22 verfahren, so dass die Greiferleiste 8 nun zentral und mittig oberhalb des aufzunehmenden Werkstücks 13 positioniert ist. Aus dieser Position heraus wird die Greiferleiste 8 in einem abschließenden Verfahrensschritt in Richtung auf das aufzunehmende Werkstück 13 abgesenkt und mit Hilfe der drei als Nadelgreifer ausgebildeten Greifer 10 von dem Stapel 14 aufgenommen. Durch ein Verfahren der Arme 3, 5 des Roboters 1 kann das Werkstück 13 an einem definierten Ort, beispielsweise auf einem Förderband, abgelegt und so der weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
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Die Greiferleiste 8 kann in der Folge unmittelbar in den Bereich des dann als nächstes zu vereinzelnden Werkstücks 13 verfahren werden, da der Steuerung des Roboters 1 aus den vorangehenden Verfahrensschritten und in Kenntnis der Breite Y der zu vereinzelnden Werkstücke die Position der Längskante 22 des nun als nächstes zu vereinzelnden Werkstücks 13 bekannt ist. Die oben beschriebenen Verfahrensschritte der groben Annäherung an die Oberfläche 16 des Stapels und des nachfolgenden Scannens der Oberfläche 16 müssen somit nur beim allerersten Annähern der Greiferleiste 8 an eine neue oder noch teilgefüllte Palette 15 erfolgen. In der Folge kann die Steuerung dann auf die hierbei ermittelten Parameter sowie grundsätzlich eingespeiste Parameter wie die Abmessungen der einzelnen Werkstücke 13 zurückgreifen.
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Anders als bei den 4a, 4b zeigen die 5a, 5b einen Stapel 14 von zu vereinzelnden Werkstücken 13, bei dem die oberste Lage des Stapels 14 noch vollständig mit Werkstücken 13 gefüllt ist. Dies ist der einzige Unterschied zu dem in den 4a, 4b dargestellten Stapel 14. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vereinzelung der Werkstücke 13 kann hier wie oben beschrieben zum Einsatz kommen, allerdings wird beim anfänglichen Scannen der Oberfläche 16 keine Stufe detektiert. Das als nächstes aufzunehmende Werkstück 13 ist damit dasjenige, welches als erstes am Rand der obersten Lage des Stapels 14 liegt und dessen Außenkante 21 ausbildet. Die Längskante 22 des als nächstes aufzunehmenden Werkstückes 13 fällt somit mit der Außenkante 21 des Stapels 14 zusammen.
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In diese Position der Längskante 22 des als nächstes aufzunehmenden Werkstücks 13 wird die Greiferleiste 8 sodann wie oben beschrieben verfahren, wobei gegebenenfalls wiederum eine Ausrichtung der Greiferleiste 8 parallel zu dem aufzunehmenden Werkstück 13 erfolgt. Die nachfolgenden Verfahrensschritte entsprechen den oben bereits im Zusammenhang mit den 4a, 4b erläuterten Verfahrensschritten und werden hier nicht erneut ausgeführt.
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Zusammenfassend ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Greiferleiste 8 ein zuverlässiges automatisiertes Vereinzeln von quaderförmigen Werkstücken 13 aus einem Stapel 14, und zwar auch dann, wenn die oberste Lage eines Stapels 14 nur noch teilweise mit Werkstücken 13 gefüllt ist. Insbesondere können auch schräg auf dem Stapel aufliegende Werkstücke 13 in ihrer Ausrichtung erkannt und von der Greiferleiste 8 entsprechend angefahren werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- Standfuß
- 3
- erster Arm
- 4
- Gelenkvorrichtung
- 5
- zweiter Arm
- 6
- Gelenkvorrichtung
- 7
- Anschlussbereich
- 8
- Greiferleiste
- 8a
- Unterseite
- 8b
- erstes Ende
- 8c
- zweites Ende
- 8d
- Oberseite
- 9
- Abstandssensor
- 10
- Greifer
- 11
- Anschlussplatte
- 12
- Sammelstecker
- 13
- Werkstück
- 14
- Stapel
- 15
- Palette
- 16
- Oberfläche
- 17
- Positionssensor
- 18
- Stellage
- 19
- Stufe
- 20
- Seitenkante
- 21
- Außenkante
- 22
- Längskante
- X
- Länge
- Y
- Breite
- H
- Höhe
- L
- Länge
