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Die Erfindung betrifft einen Werkstückpalierer, der für eine Handhabung von Werkstücken, insbesondere im Zusammenhang mit der Zufuhr von Werkstücken zu einem Bearbeitungsprozess, ausgebildet ist, wobei die Werkstücke vor der Durchführung der Bearbeitung und/oder nach der Durchführung der Bearbeitung in einem Werkstückträger aufgenommen sind, der eine räumliche Ausrichtung für die Werkstücke bestimmt. Ferner betrifft die Erfindung einen Werkstückträger.
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Beispielhaft kann ein solcher Werkstückpalettierer dazu eingesetzt werden, auf einem Werkstückträger in einheitlicher räumlicher Ausrichtung aufgenommene Formkerne aus dem Werkstückträger zu entnehmen und einer Spritzgussmaschine zuzuführen, in der die Formkerne mit Kunststoff umspritzt werden, um ein Zwischenprodukt oder ein Endprodukt zu erzeugen. Ferner kann der Werkstückpalettierer dazu eingesetzt werden, das Zwischenprodukt oder Endprodukt aus der Spritzgussmaschine zu entnehmen und in dem Werkstückträger oder in einem zweiten Werkstückträger abzulegen.
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Alternativ kann ein solcher Werkstückpalettierer auch dazu eingesetzt werden, Werkstücke aus einer Bearbeitungsmaschine wie beispielsweise einer Fräsmaschine oder einer Drehmaschine nach der Durchführung des jeweiligen Bearbeitungsvorgangs zu entnehmen und in angeordneter räumlicher Ausrichtung im Werkstückträger abzusetzen.
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Die
DE 10 2015 112 566 A1 offenbart eine Bauteilehandhabungsvorrrichtung mit zur Aufnahme und Abgabe von Bauteilen ausgebildeten Behältermitteln, einer den Behältermitteln zugeordneten, eine Auflagefläche für Bauteile aus den Behältermitteln anbietenden Trägereinheit, der Auflagefläche zugeordneten, bevorzugt optisch wirkenden Identifikationsmitteln zum Erzeugen von Identifikations- und/oder Positionsdaten von auf der Auflagefläche befindlichen Bauteilen und der Trägereinheit zugeordneten Abnehmermitteln, die zum selektiven, bevorzugt bauteileweisen Abnehmen der auf der Auflagefläche befindlichen Bauteile als Reaktion auf die Identifikations- bzw. Positionsdaten und zum Fördern eines abgenommenen Bauteils zu einer nachgeschalteten oder nachschaltbaren Bauteilemontage- und/oder Prüfeinheit ausgebildet sind, wobei der Trägereinheit Bewegungsmittel zum Ausüben einer Impuls- und/oder Vibrationsbewegung auf die Auflagefläche so zugeordnet sind, dass die auf der Auflagefläche befindlichen Bauteile als Reaktion auf eine Aktivierung der Bewegungsmittel eine Lage-, Positions- und/oder Richtungsveränderung auf der Auflagefläche erfahren.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Werkstückpalettierer bereitzustellen, der neben einer Handhabung von Werkstücken mit vorgegebener räumlicher Ausrichtung auch zur Handhabung von Werkstücken mit zufälliger räumlicher Ausrichtung ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird für einen Werkstückpalettierer mit folgenden Merkmalen gelöst:
- Der Werkstückpalettierer umfasst einen Maschinenrahmen, an dem eine zur zeitweiligen Festlegung eines Werkstückträgers ausgebildete Werkstückträgeraufnahme und ein zur räumlichen Verlagerung von Werkstücken aus einem Werkstückträger ausgebildeter und mit einer Greifeinrichtung ausgerüsteter Manipulator angeordnet sind, wobei in vertikaler Richtung unterhalb einer von der Werkstückträgeraufnahme bestimmten Werkstückebene eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist, die für eine Beleuchtung einer Unterseite eines in der Werkstückträgeraufnahme aufgenommenen Werkstückträgers ausgebildet ist, und wobei dem Manipulator ein Bildverarbeitungssystem zugeordnet ist, das für eine Ermittlung einer räumlichen Lage von Werkstücken ausgebildet ist.
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Der Maschinenrahmen, der auch als Maschinenbett bezeichnet werden kann, dient als Grundkörper oder Grundgerüst, an dem die einzelnen Komponenten des Werkstückpalettierers angebracht werden können, um eine stabile räumliche Zuordnung der Komponenten zueinander zu gewährleisten. Beispielhaft kann der Maschinenrahmen als Gestell aus miteinander verschraubten Aluminiumprofilen hergestellt sein.
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Am Maschinenrahmen ist eine Werkstückträgeraufnahme angeordnet, die zur zeitweiligen Festlegung eines Werkstückträgers ausgebildet ist. Diese Werkstückträgeraufnahme kann beispielsweise als rechteckiger Rahmen mit einer rechteckigen und ebenen Auflagefläche ausgebildet sein, wobei die Auflagefläche für die Auflage eines rein exemplarisch rechteckig ausgebildeten Werkstückträgers ausgebildet ist, der mit einer Unterseite auf der Auflagefläche aufliegt. Die Werkstückträgeraufnahme kann eine oder mehrere Zentriereinrichtungen aufweisen, die eine wiederholgenaue gewährleisten Positionierung des Werkstückträgers auf der Auflagefläche und beispielsweise als Zentrierdorne ausgebildet sind, die für einen Eingriff in entsprechende Ausnehmungen im Werkstückträger vorgesehen sind. Ferner kann die Werkstückträgeraufnahme eine oder mehrere Riegeleinrichtungen aufweisen, mit denen eine Festlegung des Werkstückträgers an der Auflagefläche bewirkt werden kann, um beispielsweise ein unerwünschtes Abheben des Werkstückträgers von der Auflagefläche bei einer Entnahme von Werkstücken aus den Werkstückträger zu vermeiden.
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Der dem Maschinenrahmen zugeordnete, insbesondere am Maschinenrahmen befestigte, Manipulator hat die Aufgabe, eine räumliche Verlagerung von Werkstücken zwischen dem an der Werkstückträgeraufnahme aufgenommenen Werkstückträger und einer innerhalb oder abseits des Werkstückpalettierers liegenden Zielposition zu ermöglichen. Der Manipulator kann hierbei insbesondere als Mehrachs-Industrieroboter ausgebildet sein, der von einer Steuerungseinrichtung angesteuert wird, wobei der Manipulator vorzugsweise mit pneumatischen oder elektrischen Antrieben ausgestattet ist, um die gewünschten Bewegungen zur Verlagerung der Werkstücke durchführen zu können. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Manipulator wenigstens zwei lineare Freiheitsgrade der Bewegung und wenigstens einen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung aufweist, um die Handhabung von Werkstücken zu ermöglichen. Die Steuerungseinrichtung kann ausschließlich für die Ansteuerung des Manipulators ausgebildet sein und mit einer übergeordneten Steuerung verbunden sein, die die weiteren Funktionen des Werkstückpalettierers ansteuert. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung neben der Ansteuerung des Manipulators auch die weiteren Funktionen des Werkstückpalettierers ansteuern kann.
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Die dem Manipulator zugeordneten Greifeinrichtung kann als aktive Greifeinrichtung mit wenigstens einem beweglich gelagerten Greifbacken ausgebildet sein, der in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal beispielsweise gegenüber einem starren Greifbacken zwischen einer Greifposition und einer Freigabeposition bewegt werden kann. Für diese Bewegung des Greifbackens kann wahlweise eine pneumatische oder elektrische Ansteuerung vorgesehen werden. Bei einer Variante einer aktiven Greifeinrichtung ist diese als Sauggreifer ausgebildet, so dass ein Ergreifen eines Werkstücks durch Bereitstellung eines Unterdrucks an die Greifeinrichtung bewirkt werden kann, sofern diese in geeigneten Kontakt mit dem Werkstück steht.
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Alternativ ist die dem Manipulator zugeordnete Greifeinrichtung als passive Greifeinrichtung ausgebildet, beispielsweise unter Verwendung von Magnetkräften oder Adhäsionskräften. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass das Werkstück an der Zielposition durch eine geeignete Bewegung des Manipulators oder eine zusätzliche Vorrichtung von der Greifeinrichtung entfernt werden kann.
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Dem Manipulator ist ein Bildverarbeitungssystem zugeordnet, mit dem eine räumliche Lage von Werkstücken bestimmt werden kann, die im Werkstückträger aufgenommen sind. Rein exemplarisch umfasst das Bildverarbeitungssystem eine ortsfest am Maschinenrahmen oder am Manipulator angebrachte Kamera und eine elektrisch mit der Kamera verbundene Auswerteeinrichtung, insbesondere einen Computer, der mit einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware ausgestattet ist. Mit Hilfe des Bildverarbeitungssystems kann eine räumliche Lage eines Werkstücks bestimmt werden und eine Information über die räumliche Lage des Werkstücks an die Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, womit der Manipulator in die Lage versetzt wird, das Werkstück in geeigneter Weise zu greifen, um es anschließend einem Bearbeitungsprozess zuzuführen oder in einem definierten räumlichen Lage im Werkstückträger abzulegen.
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Um eine vorteilhafte Erkennung der räumlichen Lage des Werkstücks mit Hilfe des Bildverarbeitungssystems zu unterstützen weist der Werkstückpalettierer eine Beleuchtungseinrichtung auf, die für eine Beleuchtung einer Unterseite eines in der Werkstückträgeraufnahme aufgenommenen Werkstückträgers ausgebildet ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Werkstückträger eine zumindest teilweise Lichtdurchlässigkeit aufweist, so dass die von der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts und/oder im Bereich der ultravioletten Strahlung und/oder im Bereich der Infrarotstrahlung, bereitgestellte elektromagnetische Strahlung zwar den Werkstückträger, nicht jedoch die Werkstücke durchdringt und hierdurch eine vorteilhafte Kontrastsituation für die Kamera des Bildverarbeitungssystems gewährleistet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass Werkstückträger zumindest abschnittsweise aus einem fluoreszierenden Material hergestellt ist, dessen Fluoreszenz mit der Beleuchtungseinrichtung angeregt wird, um hierdurch den gewünschten Kontrast zwischen dem Werkstückträger und dem Werkstück zu gewährleisten und damit eine zuverlässige Erfassung der räumlichen Lage des Werkstücks mit dem Bildverarbeitungssystem zu erzielen.
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Die Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise wenigstens ein elektrisches Leuchtmittel aus der Gruppe: Glühbirne, Leuchtstoffröhre, Leuchtdiode aufweisen.
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Um eine möglichst universelle Einsetzbarkeit des Werkstückpalettierers für unterschiedliche Einsatzzwecke zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung zum einen außerhalb eines Bewegungsraums des Manipulators angeordnet ist und zum anderen eine möglichst vorteilhafte Kontrastverstärkung für das Bildverarbeitungssystem gewährleisten, wobei davon ausgegangen wird, dass eine dem Bildverarbeitungssystem zugehörigen Kamera in vertikaler Richtung oberhalb des an der Werkstückträgeraufnahme aufgenommenen Werkstückträgers angeordnet ist. Um diese Zielsetzungen zu verwirklichen ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung unterhalb einer Werkstückebene angeordnet ist, die von der Werkstückträgeraufnahme unter Berücksichtigung der geometrischen Gestaltung des Werkstückträgers bestimmt wird. Vorzugsweise bildet eine Auflagefläche der Werkstückträgeraufnahme auch die Werkstückebene, wobei hier unberücksichtigt bleibt, dass der Werkstückträger eine gewisse Materialstärke aufweist, die typischerweise im Bereich von wenigen 1/10mm bis ca. 5mm für einen aus Kunststoff gefertigten Werkstückträger anzusiedeln ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Beleuchtungseinrichtung in der Werkstückträgeraufnahme aufgenommen ist. Hierdurch kann eine kompakte Bauweise für die Werkstückträgeraufnahme verwirklicht werden, da die Beleuchtungseinrichtung als integraler Bestandteil der Werkstückträgeraufnahme vorgesehen ist. Eine solche Integration der Beleuchtungseinrichtung in die Werkstückträgeraufnahme ist insbesondere dann von Interesse, wenn es keinen Bedarf gibt, aufgrund unterschiedlich gestalteter Werkstückträger auch unterschiedlich gestalteter Werkstückträgeraufnahmen einzusetzen. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Werkstückträgeraufnahme plattenförmig, insbesondere als Planparallelplatte, ausgebildet ist und eine Ausnehmung aufweist, in der die beispielsweise kastenförmig ausgebildete Beleuchtungseinrichtung aufgenommen ist.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung am Maschinenrahmen aufgenommen ist und dass die Werkstückträgeraufnahme derart mit einer Ausnehmung versehen ist, dass eine Beleuchtung einer Unterseite eines Werkstückträgers mit der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet ist. Eine derartige Ausgestaltung ist von Vorteil, wenn zumindest gelegentlich unterschiedlich gestaltete Werkstückträger und damit auch unterschiedlich gestaltete Werkstückträgeraufnahmen am Werkstückpalettierer eingesetzt werden sollen, da in diesem Fall keine Austausch der Beleuchtungseinrichtung erforderlich ist. Vielmehr muss lediglich gewährleistet sein, dass die Werkstückträgeraufnahme an geeigneter Stelle mit einer Ausnehmung versehen ist, durch die eine Beleuchtung der Unterseite des Werkstückträgers mit der am Maschinenrahmen aufgenommenen Beleuchtungseinrichtung verwirklicht werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn am Maschinenrahmen ein Magazin zur Aufnahme mehrerer Werkstückträger angeordnet ist, wobei dem Magazin eine Transporteinrichtung zugeordnet ist, die für einen Transport von Werkstückträgern aus dem Magazin zur Werkstückträgeraufnahme ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Werkstückträger in der Art von Tabletts mit einer rechteckigen Grundfläche sowie einer randseitig umlaufenden Seitenwand ausgebildet sind und die Werkstücke in Werkstückfächern mit räumlich eindeutiger Orientierung aufgenommen sind, die an einer Oberseite der Grundfläche ausgebildet sind. Die Werkstückträger sind ferner für eine Stapelanordnung vorgesehen, bei der durch die randseitig umlaufende Seitenwand oder durch andere Abstandshalter gewährleistet ist, dass kein Kontakt zwischen Werkstücken eines Werkstückträgers und einem darauf aufgesetzten weiteren Werkstückträger vorliegt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkstückträgeraufnahme eine Schwingungseinrichtung zugeordnet ist, die zur Einleitung von Schwingungen auf die Werkstückträgeraufnahme ausgebildet ist. Die Aufgabe der Schwingungseinrichtung besteht darin, diejenigen Werkstücke, die nicht in Werkstückfächern des Werkstückträgers aufgenommen sind und damit auf einem Aufnahmebereich des Werkstückträgers liegen, in ihrer räumlichen Ausrichtung derart zu verändern, dass sie in günstiger Weise durch die Greifeinrichtung des Manipulators gegriffen werden können. Die Schwingungseinrichtung kann entweder elektrisch oder pneumatisch betrieben werden und wahlweise zur Bereitstellung einzelner Impulse oder einer kurzzeitigen oder länger andauernden Schwingungsbewegung ausgebildet sein. Beispielhaft ist die Schwingungseinrichtung als Elektromotor mit einem exzentrisch an der Antriebswelle angebrachten Gewicht ausgebildet, womit bei einer Rotation der Antriebswelle aufgrund der auftretenden Unwucht die gewünschte Schwingungseinleitung auf die Werkstückträgeraufnahme erzielt werden kann. Vorzugsweise sind die Schwingungseinrichtung, die Werkstückträgeraufnahme und der Werkstückträger derart auf die Werkstücke abgestimmt, dass bereits mit kurzer Schwingungsdauer eine zuverlässige Änderung der räumlichen Ausrichtung der lose im Aufnahmebereich des Werkstückträgers aufgenommenen Werkstücke bewirkt werden kann, ohne dass durch diese Schwingungseinleitung auch die in den gegebenenfalls vorgesehenen Werkstückfächern aufgenommenen Werkstücke in ihrer räumlichen Ausrichtung beeinflusst werden oder aus den Werkstückfächern entfernt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schwingungseinrichtung zwischen dem Maschinenrahmen und der Werkstückträgeraufnahme angeordnet und für eine Schwingungseinleitung auf die Werkstückträgeraufnahme ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine kompakte Anordnung der Schwingungseinrichtung am Maschinenrahmen des Werkstückpalettierers verwirklichen, wobei zu berücksichtigen ist, das eine Schwingungseinleitung von der Schwingungseinrichtung auf die gesamte Werkstückträgeraufnahme stattfindet. Eine derartige Anordnung der Schwingungseinrichtung ist insbesondere für Werkstückpalettierer von Interesse, die auf relativ kleine Werkstückträger zugeschnitten sind, so dass auch die Masse der Werkstückträgeraufnahme gering ist und eine vorteilhafte Schwingungsübertragung zwischen der Schwingungseinrichtung den Werkstücken gewährleistet ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwingungseinrichtung an der Werkstückträgeraufnahme ausgebildet ist und für eine Schwingungseinleitung auf den Werkstückträger ausgebildet ist. In diesem Fall ist vorgesehen, dass die Schwingungseinleitung unmittelbar auf den Werkstückträger erfolgt, während die Werkstückträgeraufnahme nicht zur Schwingungsübertragung genutzt wird, sondern lediglich die Reaktionskräfte der Schwingungseinrichtung während der Durchführung des Schwingungsvorgangs abstützen muss. Eine derartige Anordnung der Schwingungseinrichtung ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Werkstückträger eine ausreichende Eigenstabilität aufweisen und keine feste Verbindung zwischen Werkstückträger und Werkstückträgeraufnahme für eine zuverlässige Schwingungseinleitung auf die Werkstücke erforderlich ist.
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Zweckmäßig ist es, wenn am Maschinenrahmen eine Speichereinrichtung angeordnet ist, die zur Aufnahme von Werkstücken ausgebildet ist, wobei der Speichereinrichtung eine Fördereinrichtung zugeordnet ist, die für eine Förderung der Werkstücke zur Werkstückträgeraufnahme ausgebildet ist. Die Speichereinrichtung wird auch als Bunker bezeichnet und ist zur Aufnahme von ungeordneten Werkstücken vorgesehen, beispielsweise zur Befüllung mit Werkstücken in der Art von Schüttgut. Die Speichereinrichtung ist derart am Maschinenrahmen angeordnet, dass Werkstücke unter Verwendung einer Fördereinrichtung, bei der es sich beispielsweise um ein Förderband handeln kann, aus einem Speicherraum in den Aufnahmebereich des Werkstückträgers gefördert werden kann und dort ohne eine definierte räumliche Ausrichtung eintreffen. Eine solche Speichereinrichtung kann in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, wenn die Werkstücke zumindest vor ihrer Bearbeitung in einer dem Werkstückpalettierer zugeordneten Bearbeitungseinrichtung unproblematisch in der Art von Schüttgut behandelt werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Werkstückträger gelöst, der zur Aufnahme von Werkstücken ausgebildet ist und der einen ersten Aufnahmebereich aufweist, an dem mehrere Werkstückfächer ausgebildet sind, wobei jedes der Werkstückfächer zur Aufnahme eines Werkstücks in einer vorgebbaren räumlichen Ausrichtung ausgebildet ist, und der einen zweiten Aufnahmebereich zur Aufnahme mehrerer ungeordneter Werkstücke aufweist, der zumindest abschnittsweise aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist. Der Werkstückträger ist somit in zwei unterschiedliche Bereiche unterteilt, wobei der erste Aufnahmebereich für eine geordnete Aufnahme von Werkstücken ausgebildet ist, während der zweite Aufnahmebereich für eine Aufnahme von ungeordneten Werkstücken genutzt werden kann. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Werkstücke zunächst in der Art von Schüttgut in den zweiten Aufnahmebereich geschüttet werden und dort keine definierte räumliche Ausrichtung aufweisen. Anschließend erfolgt ein Greifen derjenigen Werkstücke, die zumindest in einer für den Manipulator und die zugeordnete Greifeinrichtung geeigneten Ausrichtung im zweiten Aufnahmebereich liegen. Um eine Aussage darüber treffen zu können, welches der Werkstücke diesen Anforderungen genügen, erfolgt eine Beleuchtung des zweiten Aufnahmebereichs durch die dem Werkstückpalettierer zugehörige Beleuchtungseinrichtung sowie eine Bildverarbeitung mittels des Bildverarbeitungssystems, das dem Manipulator zugeordnet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass ein vom Manipulator gegriffenes Werkstück einem Bearbeitungsvorgang in einer benachbart zum Werkstückpalettierer angeordneten Bearbeitungsmaschine, beispielsweise einer Drehmaschine, einer Fräsmaschine, einem Bearbeitungszentrum, einer Spritzgussmaschine oder einer Beschichtungseinrichtung, zugeführt wird und nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs mit Hilfe des Manipulators wieder aus der Bearbeitungsmaschine entnommen wird. Da davon auszugehen ist, dass das bearbeitete Werkstück möglicherweise einem nachfolgenden Bearbeitungsvorgang zugeführt werden soll und hierfür eine definierte räumliche Ausrichtung des Werkstücks vorteilhaft ist und/oder dass das bearbeitete Werkstück nach der Durchführung der Bearbeitung eine Oberfläche aufweist, die nicht durch einen Kontakt mit anderen Werkstücken beschädigt werden soll, ist nunmehr vorgesehen, die bearbeiteten Werkstücke in den ersten Aufnahmebereich des Werkstückträgers zu bringen, an dem die Werkstückfächer ausgebildet sind. Mit dem Manipulator werden die bearbeiteten Werkstücke dann in definierte räumliche Ausrichtung in die jeweiligen Werkstückfächer eingesetzt und behalten Ihre räumliche Ausrichtung bei. Dies gilt auch für den Fall, dass mit Hilfe der Schwingungseinrichtung eine Schwingungseinleitung auf den Werkstückträger durchgeführt wird, um weitere Werkstücke, die im zweiten Aufnahmebereich des Werkstückträgers liegen und zunächst noch keine günstige räumliche Ausrichtung aufweisen, die ein Ergreifen durch die Greifeinrichtung des Manipulators ermöglicht. Nach der Durchführung der Schwingungseinleitung wird davon ausgegangen, dass zumindest ein Teil der im zweiten Aufnahmebereich angeordneten Werkstücke eine Veränderung ihrer räumlichen Ausrichtung erfahren hat und somit durch die Greifeinrichtung des Manipulators gegriffen werden kann und ebenfalls dem Bearbeitungsvorgang zugeführt werden kann. Die Schwingungseinleitung auf den Werkstückträger kann entweder hinsichtlich der Dauer oder der Anzahl von Schwingungsvorgängen begrenzt sein, so dass möglicherweise auch nach Durchführung der Schwingungsvorgänge noch Werkstücke im zweiten Aufnahmebereich verbleiben, die nicht von der Greifeinrichtung des Manipulators gegriffen werden können. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der Werkstückpalettierer auf Basis der Informationen, die das Bildverarbeitungssystem des Manipulators zur Verfügung stellt, ein geeignetes Signal ausgibt, um beispielsweise einen Bediener darüber zu informieren, dass es nicht gelungen ist, sämtliche Werkstücke, die im Werkstückträger aufgenommenen waren, zu bearbeiten.
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Bei einer Weiterbildung des Werkstückträgers ist vorgesehen, dass die Werkstückfächer in einem Kunststoff-Tiefziehteil eingebracht sind und/oder dass der zweite Aufnahmebereich eine ebene, undurchsichtige und transluzente Auflagefläche aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Werkstückpalettierers mit einem Maschinenrahmen, einem daran angebrachten Manipulator, einer Werkstückträgeraufnahme mit integrierter Beleuchtungseinrichtung und einem Magazin zur Aufnahme mehrerer Werkstückträger,
- 2 eine aus der Darstellung einer Variante eines Werkstückpalettierers mit einer im Maschinenrahmen integrierten Beleuchtungseinrichtung,
- 3 eine Draufsicht auf einen Werkstückträger, der einen ersten Aufnahmebereich mit mehreren Werkstückfächern und einen zweiten Aufnahmebereich, der bereichsweise lichtdurchlässig ausgebildet ist, aufweist, und
- 4 eine seitliche Schnittdarstellung des Werkstückträgers gemäß der 3.
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Ein in der 1 rein schematisch dargestellter Werkstückpalettierer 1, der auch als Umlaufpalettierer bezeichnet werden kann, umfasst einen Maschinenrahmen 2, der aus Gründen der Vereinfachung kastenförmig dargestellt ist, jedoch in der Praxis beispielsweise aus fachwerkartig angeordneten Profilteilen hergestellt sein kann. Am Maschinenrahmen 2 sind eine Werkstückträgeraufnahme 3 und ein Manipulator 4 angebracht.
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Die Werkstückträgeraufnahme 3 wird rein exemplarisch von einer Planparallelplatte 5 gebildet, deren Oberseite 6 als Auflagefläche für tablettartig ausgebildete Werkstückträger 40 dient und die auch als Werkstückebene bezeichnet werden kann. In der Werkstückträgeraufnahme 3 ist eine rein exemplarisch rechteckig ausgebildete Ausnehmung 8 vorgesehen, die zur Aufnahme einer nur schematisch dargestellten Beleuchtungseinrichtung 9 ausgebildet ist. Ferner sind an der Oberseite 6 der Werkstückträgeraufnahme 3 jeweils randseitig angeordnete Zentrierdorne 10 vorgesehen, die rein exemplarisch jeweils kreiszylindrisch profiliert sind und die für einen Eingriff in Ausnehmungen 46 des Werkzeugträgers 40 vorgesehen sind, um damit eine eindeutige und wiederholbare Positionierung von Werkstückträgern 40 an der Werkstückträgeraufnahme 3 zu gewährleisten.
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Zwischen einer Unterseite 7 der Werkstückträgeraufnahme 3 und einer Oberseite des Maschinenrahmens 2 sind jeweils Schwingungseinrichtungen 11 angeordnet, die jeweils für eine Einleitung einer Schwingungsbewegung auf die Werkstückträgeraufnahme 3 ausgebildet sind. Beispielhaft umfassen die Schwingungseinrichtungen 11 jeweils einen nicht näher dargestellten Elektromotor, an dessen Antriebswelle ein exzentrisch angeordnetes Gewicht angebracht ist, so dass bei einer Rotation der Antriebswelle des Elektromotors aufgrund der vorliegenden Unwucht des Gewichts eine Schwingungsbewegung auf die Werkstückträgeraufnahme 3 eingeleitet werden kann. Beispielhaft ist vorgesehen, dass eine der Schwingungseinrichtungen 11 für eine Einleitung von Schwingungen quer zur Unterseite 7 der Werkstückträgeraufnahme 3 ausgebildet ist, während eine andere der Schwingungseinrichtungen 11 für eine Einleitung von Schwingungen parallel zur Unterseite der Werkstückträgeraufnahme 3 ausgebildet ist. Die Schwingungseinrichtungen 11 sind jeweils über Anschlussleitungen 12 elektrisch mit einer am Maschinenrahmen 2 angebrachten Steuerungseinrichtung 15 verbunden, die rein exemplarisch zur koordinierten Ansteuerung sämtlicher Aktivitäten des Werkstückpalettierers 1 ausgebildet ist und bei der es sich insbesondere um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) handeln kann.
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Die nur schematisch eingezeichnete Beleuchtungseinrichtung 9 umfasst eine Vielzahl von rasterartig in einer parallel zur Oberseite 6 der Werkstückträgeraufnahme 3 ausgerichteten Ebene angeordneten Leuchtdioden 16, die zur Bereitstellung von elektromagnetischen Wellen mit Wellenlängen, die vorzugsweise im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen, ausgebildet sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Leuchtdioden 16 derart in der Beleuchtungseinrichtung 9 angeordnet sind, dass eine Ausgabe der elektromagnetischen Wellen gemäß der Darstellung der 1 im Wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben erfolgt. Die Leuchtdioden 16 sind über Anschlussleitungen 17 mit der Steuerungseinrichtung 15 elektrisch verbunden.
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Der am Maschinenrahmen 2 angebrachte Manipulator 4 ist rein exemplarisch als 3-Achs-Roboter ausgebildet, der eine Rotationsbewegung eines ersten Armteils 20 um eine erste Schwenkachse 24, eine Rotationsbewegung eines am ersten Armteil 20 schwenkbeweglich angebrachten zweiten Armteils 21 um eine zweite Schwenkachse 25 sowie eine gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung ausgerichtete Translationsbewegung eines Greifers 22, der am zweiten Armteil 21 linearbeweglich aufgenommen ist, längs der zweiten Schwenkachse 25 ermöglicht. Ferner ist der Greifer 22 dazu ausgebildet, eine gegenläufige Annäherungsbewegung bzw. Entfernungsbewegung seiner in horizontaler Richtung gemäß der Darstellung der 2 linearbeweglichen Greifbacken 23 durchzuführen. Mit diesen Freiheitsgraden der Bewegung ist der Manipulator 4 in der Lage, nicht dargestellte Werkstücke aus einem an der Werkstückträgeraufnahme 3 aufzunehmenden Werkstückträger 40 mit den Greifbacken 23 zu ergreifen, um anschließend eine Linearbewegung des Greifers 22 in vertikaler Richtung nach oben längs der zweiten Schwenkachse 25 durchzuführen und daran anschließend eine Schwenkbewegung des ersten Armteils 20 um die erste Schwenkachse 24 zu vollziehen. Hierdurch kann ein nicht dargestelltes Werkstück beispielsweise aus dem Werkstückträger entnommen und in eine nicht dargestellte Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden. Der Manipulator 4 ist über Anschlussleitungen 26 elektrisch mit der Steuerungseinrichtung 15 verbunden, wobei die Steuerungseinrichtung 15 für eine Bereitstellung von Ansteuersignalen an den Manipulator 4 ausgebildet ist.
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Um eine Erfassung einer räumlichen Ausrichtung eines in der 1 nicht dargestellten Werkstücks zu ermöglichen ist der Manipulator 4 mit einer nur schematisch dargestellten Kamera 27 ausgerüstet, die dem Greifer 22 zugeordnet ist und die für eine Betrachtung der Oberseite 6 der Werkstückträgeraufnahme 3, auf der ein Werkstückträger 40 mit darin aufgenommenen Werkstücken angeordnet werden kann, ausgebildet ist. Die Kamera 27 ist über eine Anschlussleitung 28 mit einem Bildverarbeitungssystem 29 elektrisch verbunden. Bei dem Bildverarbeitungssystem 29 kann es sich beispielsweise um einen Computer handeln, der zur Auswertung von Kamerabildern und zur Ermittlung der räumlichen Lage von Werkstücken programmiert ist und der ferner mit der Steuerungseinrichtung 15 elektrisch gekoppelt ist, um Informationen über die räumliche Lage von Werkstücken an die Steuerungseinrichtung 15 bereitstellen zu können, damit diese eine geeignete Ansteuerung des Manipulators 4 zum Ergreifen der Werkstücke bewirken kann.
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Rein exemplarisch ist am Maschinenrahmen 2 ein Magazin 30 angebracht, das beispielhaft ein kastenförmig ausgebildetes Gehäuse 31 aufweist, in dem eine Hubeinrichtung 32, eine Transporteinrichtung 33 sowie mehrere auf der Hubeinrichtung 32 gestapelte Werkstückträger 40 aufgenommen sind. Die Hubeinrichtung 32 dient dazu, die darauf gestapelten Werkstückträger 40 im Zuge einer gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung nach oben gerichteten linearen Zufuhrbewegung jeweils in einen Erfassungsbereich der Transporteinrichtung 33 zu bringen. Hierzu kann die Hubeinrichtung 32, die über eine Anschlussleitung 34 elektrisch mit der Steuerungseinrichtung 15 verbunden ist, jeweils eine schrittweise Hubbwegung bereitstellen. Die Transporteinrichtung 33 ermöglicht ein Abnehmen jeweils eines Werkstückträgers 40 von dem Stapel von Werkstückträgern 40, die auf der Hubeinrichtung 32 gestapelt sind sowie eine Verlagerung des Werkstückträgers aus dem Magazin 30 auf die Oberseite 6 der Werkstückträgeraufnahme 3. Hierzu ist die Transporteinrichtung 33 in nicht näher dargestellter Weise mit mehreren Führungsmitteln und zugeordneten Antrieben ausgestattet, die die hierfür notwendigen Relativbewegungen bereitstellen können. Die Transporteinrichtung 33 ist über eine Anschlussleitung 35 mit der Steuerungseinrichtung 15 verbunden.
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Bei dem Werkstückpalettierer 51 gemäß der Darstellung der 2 handelt es sich um eine Variante des Werkstückpalettierers 1 ein gemäß der Darstellung der 1, die sich dadurch vom Werkstückpalettierer 1 unterscheidet, dass die Werkstückträgeraufnahme 53 unmittelbar am Maschinenrahmen 52 festgelegt ist und dass die Schwingungseinrichtung 61 in nicht dargestellter Weise in der Werkstückträgeraufnahme 53 aufgenommen ist und mit den zugeordneten sind Zentrierdornen 60 gekoppelt ist, womit eine Schwingungseinleitung auf den an der Werkstückträgeraufnahme 53 aufgenommenen Werkstückträger 40 ermöglicht wird. Ferner ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung 59 innerhalb des Maschinenrahmens 2 aufgenommen ist und für eine Beleuchtung einer Unterseite 42 des Werkstückträgers 40 durch eine Ausnehmung 58 in der Werkstückträgeraufnahme 53 ausgebildet ist.
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Dem Werkstückpalettierer 51 ist zusätzlich eine auch als Bunker bezeichnete Speichereinrichtung 62 zugeordnet, die rein exemplarisch mit einem schwenkbaren Förderband 63 ausgestattet ist, mit dem nur schematisch dargestellte Werkstücke 64 aus dem Inneren der Speichereinrichtung 62 auf den Werkstückträger 40 gefördert werden können. Beispielhaft ist vorgesehen, dass ein nicht näher dargestellter elektrischer Antrieb des Förderbands 63 sowie ein elektrischer Antrieb zur Verschwenkung des Förderbands 63 von der Steuerungseinrichtung 15 angesteuert werden können, um das Förderband 63 aus einer Ruheposition innerhalb der Speichereinrichtung 62 in eine Funktionsposition, bei der das Förderband 63 zumindest teilweise aus der Speichereinrichtung 62 hinausragt bringen zu können und eine Förderbewegung im Sinne einer Umlaufbewegung für das nicht näher dargestellte Band zu ermöglichen. Hiermit können die nur schematisch dargestellten Werkstücke 64 aus der Speichereinrichtung 62 in den Werkstückträger 40 gefördert werden und von dort aus in nachstehend näher beschriebener Weise vom Manipulator 4 gegriffen und der Weiterverarbeitung zugeführt werden.
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Der in den 3 und 4 rein exemplarisch und nur schematisch dargestellte Werkstückträger 40 weist eine rechteckige Grundfläche auf und ist beispielhaft als Kunststoff-Tiefziehteil ausgeführt. Der Werkstückträger 40 umfasst einen ersten Aufnahmebereich 43 mit im Wesentlichen rechteckiger Grundfläche sowie einen benachbart dazu angeordneten zweiten Aufnahmebereich 44 mit ebenfalls im Wesentlichen rechteckiger Grundfläche. Im ersten Aufnahmebereich 43 sind rasterartig, insbesondere mit jeweils gleicher Teilung entlang einer Längsachse des Werkstückträgers 40, die identisch mit einer längsten Kante des Werkstückträgers 40 ist, sowie entlang einer Querachse des Werkstückträgers 40, die identisch mit einer zweitlängsten Kante des Werkstückträgers 40 ist, angeordnete Werkstückfächer 45 ausgebildet, die jeweils eine in der Darstellung der 3 gut erkennbare, rein exemplarisch kreuzförmige Profilierung zur Aufnahme jeweils eines Werkstücks 64 in genau vorgegebener räumlicher Ausrichtung vorgesehen sind. Benachbart zum ersten Aufnahmebereich 43 ist der zweite Aufnahmebereich 44 ausgebildet, der für eine Aufnahme von ungeordneten Werkstücken 64 genutzt werden kann. Aus Gründen der Stabilität ist vorgesehen, dass der zweite Aufnahmebereich 44 von einer quer zur größten Oberfläche 47 des zweiten Aufnahmebereich 44 ausgerichteten, umlaufenden Seitenwand 48 berandet ist, durch die zudem eine räumliche Begrenzung für die im zweiten Aufnahmebereich 44 aufzunehmenden Werkstücke 64 erreicht wird. Um eine präzise Positionierung des Werkstückträgers 40 an der Werkstückträgeraufnahme 3 zu erreichen ist vorgesehen, dass der Werkstückträger 40 einen parallel zu größten Oberfläche 47 ausgerichteten, rahmenförmigen umlaufenden Rand 49 aufweist, der in Eckbereichen jeweils mit kreisförmigem Ausnehmungen 46 versehen ist, die dafür vorgesehen sind, in Wechselwirkung mit den Zentrierdornen 10 bzw. 60 des Werkstückpalettierers 1 bzw. des Werkstückpalettierer 51 zu gelangen.
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Beispielhaft können Werkstücke 64 mittels der Speichereinrichtung 62 und den zugeordneten Förderband 63 in den zweiten Aufnahmebereich gefördert werden und weisen dort zunächst eine undefinierte räumliche Ausrichtung auf, so dass sie üblicherweise nur teilweise vom Greifer 22 des Manipulators 4 gegriffen werden können.
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Um einen derartigen Greifvorgang durchführen zu können ist vorgesehen, dass die Unterseite 42 des Werkstückträgers 40 mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung 9 bzw. 59 beleuchtet wird, wobei der zweite Aufnahmebereich 44 aus einem Material hergestellt ist, das für die elektromagnetische Strahlung, die von der Beleuchtungseinrichtung 9 bzw. 59 zur Verfügung gestellt wird, zumindest teilweise durchsetzt ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zweite Aufnahmebereich 44 zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und dass die Beleuchtungseinrichtung 9 bzw. 59 zur Bereitstellung von elektromagnetischen Wellen in einem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts ausgebildet ist.
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Die Lichtdurchlässigkeit für den zweiten Aufnahmebereich 44 wird vorzugsweise durch eine geeignete Auswahl des Materials gewährleistet, die die größte Oberfläche 47 des zweiten Aufnahmebereichs 44 bestimmt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Aufnahmebereich 44 eine geschlossene größte Oberfläche 47 aufweist. Alternativ kann der zweite Aufnahmebereich 44 auch von einer Vielzahl von Ausnehmungen durchsetzt sein und in der Art eines Gitters ausgebildet sein, in einem solchen Fall ist die Materialauswahl für den zweiten Aufnahmebereich 44 primär durch Stabilitätsanforderungen an das Material geprägt.
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Die räumliche Lage der Werkstücke 64 kann mit Hilfe der Kamera 27 und dem damit verbundenen Bildverarbeitungssystem 29 bestimmt werden, wobei das Bildverarbeitungssystem 29 die von der Kamera 27 erzeugten Bildsignale in Informationen umwandeln kann, aus denen die Steuerungseinrichtung 15 Steuerbefehl für den Manipulator 4 und den Greifer 22 ableiten kann, damit diese zumindest diejenigen Werkstücke 64 ergreifen können, die in einer geeigneten räumlichen Ausrichtung im zweiten Aufnahmebereich aufgenommen sind. Die übrigen Werkstücke 64, die aufgrund ihrer räumlichen Ausrichtung nicht vom Greifer 22 des Manipulators 4 gegriffen werden können, werden in einem nachfolgenden Schritt durch geeignete Ansteuerung der Schwingungseinrichtung 11 bzw. 61 Schwingungen in den Werkstückträger 40 eingeleitet, um die im zweiten Aufnahmebereich 44 angeordneten Werkstücke 64 in eine günstigere räumliche Ausrichtung zu bringen, in der ein Ergreifen durch den Greifer 22 des Manipulators 4 ermöglicht wird.
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Aufgrund der Aufteilung des Werkstückträgers 40 in den ersten Aufnahmebereich 43 und den zweiten Aufnahmebereich 44 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zunächst im Wesentlichen ungeordneten Werkstücke 64 vom Greifer 42 des Manipulators 4 nacheinander gegriffen werden und einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine zugeführt werden. Nach der Beendigung des Bearbeitungsvorgangs können die Werkstücke 64 mit dem Greifer 22 des Manipulators 4 in korrekter räumlicher Ausrichtung in eines der Werkstückfächer 45 des zweiten Aufnahmebereichs 43 aufgenommen werden. Gegebenenfalls kann vorgesehen werden, dass während einer Bearbeitung eines Werkstücks 64 zumindest diejenigen Werkstücke 64, die im zweiten Aufnahmebereich 44 vom Greifer 22 des Manipulators 4 gegriffen werden können, in die Werkstückfächer 45 platziert werden, um sie anschließend dem Bearbeitungsvorgang zuzuführen und nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs wieder in eines der Werkstückfächer einzusetzen. Hierbei ist vorteilhaft, dass die im zweiten Aufnahmebereich verbliebenen Werkstücke 64, die zunächst nicht vom Greifer 22 des Manipulators 4 gegriffen werden können, durch die Einleitung von Schwingungsbewegung an möglicherweise in eine vorteilhafte räumliche Ausrichtung gebracht werden können, in der ein Ergreifen durch den Greifer 22 möglich ist. Hierdurch können beispielsweise Verzögerungen vermieden werden, wie sie möglicherweise auftreten, wenn nach einer Beendigung des Bearbeitungsvorgangs voran vorausgegangene des Werkstücks 64 der Greifer 22 des Manipulators 4 nicht in der Lage ist, ein nachfolgendes Werkstücks 64 zu ergreifen.
