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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer ein Gewinde aufweisenden Kolbenstange mit einem ein Gegengewinde aufweisenden Stopfen einer Spritze gemäß Anspruch 1.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Montage einer ein Gewinde aufweisenden Kolbenstange mit einem ein Gegengewinde aufweisenden Stopfen einer Spritze gemäß Anspruch 8.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmcodemittel gemäß Anspruchs 9.
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Nicht zuletzt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmcodemittel gemäß Anspruch 10.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Spritzen sind allgemein bekannt. Derartige Spritzen bestehen aus mehreren Bauteilen, die zusammengefügt werden. Üblicherweise umfassen die Bauteile den Spritzenkörper mit Stopfen, eine Kolbenstange, eine Nadel, eine Nadelschutzkappe, einen Nadelschutz, Fingerauflage und ggf. weitere Bauteile. Ein wichtiger Schritt in dem Montageprozess ist das Zuführen und Montieren der Kolbenstange mit dem Stopfen. Da jeder Montageschritt prozesssicher gestaltet sein muss und keinerlei Montagefehler tolerierbar sind, werden insbesondere auch für das Montieren der Kolbenstange mit dem Stopfen aufwendige Überwachungsschritte vorgesehen. Die Verbindung von Kolbenstange und Stopfen erfolgt in der Regel über eine Schraubverbindung. Ein Überwachungsschritt sieht somit vor, dass überwacht wird, ob die Kolbenstange korrekt in den Stopfen eingedreht wurde. Diese Überwachung erfolgt im Stand der Technik mittels Drehmomentüberwachung oder mittels optischer Überwachung.
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Aus der
CN 112207563 A ist ein Verfahren zum Verschrauben einer vorgefüllten Spritze bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass eine Schubstange in einen Nadelzylinder in einer Förderstation eines Förderers geladen wird und der Förderer die Förderstation antreibt, sich entlang eines Förderwegs zu bewegen; Vorschrauben des Nadelzylinders in der Förderstation, wobei zum Vorschrauben der Nadelzylinder um eine voreingestellte Anzahl von Umdrehungen gedreht wird und die voreingestellte Anzahl von Umdrehungen kleiner als die Anzahl von Umdrehungen eingestellt wird, die zum vollständigen Einschrauben von Gewinden der Schubstange in einen Gummistopfen des Nadelzylinders erforderlich ist; und Erfassen der relativen Position der vorgeschraubten Gewinde der Schubstange und des Gummistopfens des Nadelzylinders, Berechnen der Anzahl verbleibender Umdrehungen des Nadelzylinders, die gedreht werden müssen, um die Zieltiefe zu erreichen, und Drehen des Nadelzylinders entsprechend der berechneten Anzahl verbleibender Umdrehungen, damit die Gewinde der Schubstange die Zieltiefe im Gummistopfen des Nadelzylinders erreichen, und Erhalten der verschraubten Schubstange und des Nadelzylinders. Beim Zusammenbau muss das Antriebsdrehmoment nicht kontrolliert werden, nur die Anzahl der Schraubendrehungen des Nadelzylinders muss kontrolliert werden, um die erforderliche Tiefe zu erreichen, die Anzahl der falschen Schraubendrehungen vor dem Gewinde der Schubstange und des Gummistopfens des Nadelzylinders ineinandergreift, wird im Vorschraubprozess absorbiert, die tatsächliche Anzahl der Umdrehungen, die beim Feinschrauben benötigt werden, wird durch visuelle Bildaufnahme bestimmt, und die Arbeitsgeschwindigkeit und die Steuerpräzision werden erheblich verbessert.
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Aus der
US 2010299904 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschrauben von Kolben von Spritzen bekannt, welche jeweils durch einen entsprechenden Zylinder definiert sind, der durch einen Stopfen aus elastomerem Material flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, und einem entsprechenden Kolben, der in den Stopfen selbst eingeschraubt ist, wonach jeder Zylinder und der entsprechende Kolben koaxial entlang eines gegebenen Weg geführt werden, und werden jeweils gedreht, um den Kolben in den entsprechenden Stopfen zu schrauben; das Einschrauben jedes Kolbens in den entsprechenden Stopfen wird gesteuert, indem entweder der Wert eines Einschraubdrehmoments oder eine Größe entsprechend dem Einschraubdrehmoment selbst gemessen wird.
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Sowohl die Montage mittels Drehmomentüberwachung als auch mittels optischer Überwachung bieten jedoch keine ausreichende Sicherheit.
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Bei der Drehmomentüberwachung wird kontrolliert, ob ein vorher eingestelltes Drehmoment erreicht wird. Das Drehmoment kann jedoch auch fälschlicherweise auf Grund von z.B. einem Verkanten der Kolbenstange erreicht werden. Dies würde von einer reinen Drehmomentüberwachung nicht erkannt werden. Zudem werden die Stopfen und Kolbenstangen immer kleiner, sodass das zu detektierende Drehmoment immer geringer wird. Dies hat zur Folge, dass Messsysteme das Drehsystem nicht mehr auflösen können und somit diese Technologie an Ihre Grenzen kommt. Zudem gibt es in der Industrie vermehrt die Anforderung, dass Kolbenstangen nur „angelegt“ werden dürfen oder gar ein kleiner Spalt vorhanden sein muss, sodass eben kein Drehmoment auf den Stopfen ausgewirkt wird. Diese Anforderung ist mit einem Drehmomentbasierten Ansatz gänzlich nicht zu realisieren.
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Alternativ zu drehmomentbasierten Kontrollsystemen existieren auch optische Kontrollsysteme. Optische Kontrollsysteme überwachen die Position der Kolbenstange und des Stopfens beim Einschrauben, bei dem beispielsweise der Spalt zwischen beiden gemessen wird. Anhand des Spaltes wird dann das Einschrauben geregelt. Diese Art von Prozess hat Nachteile. Die Kamera des optischen Kontrollsystems benötigt eine freie Sicht auf den Stopfen und die Kolbenstange. Das ist in der Produktion von Spritzen nicht immer der Fall. Wenn beispielsweise ein Etikett oder ein Druck auf der Spritze vorhanden ist, bevor die Kolbenstange montiert wird, stoßen optische Kamerasysteme sehr schnell an ihre Grenzen, da durch das Etikett oder den Druck hindurch der Stopfen sowie die Kolbenstange nicht prozesssicher erkannt werden können. Auch kommen intransparente Materialien für den Spritzkörper immer häufiger zum Einsatz, welche den Einsatz von optischen Kamerasystemen nicht erlauben.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage einer ein Gewinde aufweisenden Kolbenstange mit einem ein Gegengewinde aufweisenden Stopfen einer Spritze zu schaffen, welche eine prozesssichere Montage ermöglicht.
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Diese und weitere Aufgaben werden ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 1, einer Vorrichtung gemäß Anspruch 8, einem Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9 und einem Computerprogramm gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Montage einer ein Gewinde aufweisenden Kolbenstange mit einem ein Gegengewinde aufweisenden Stopfen einer Spritze, die Schritte umfasst sind: Aufnahme der Kolbenstange in einem Greifer, axiales Bewegen des Greifers mit der Kolbenstange zu dem Stopfen, sodass das Gewinde der Kolbenstange das Gewinde des Stopfens kontaktiert, und anschließendes Eindrehen der Kolbenstange in den Stopfen, wobei die Montage für eine Prozesssicherheit überwacht wird, wobei die Kolbenstange in dem Greifer axiale bewegbar aufgenommen wird und/oder die Überwachung ein taktiles Erfassen des Kontaktes der Kolbenstange mit dem Stopfen umfasst. Die Herstellung von Spritzen erfordert mehrere Schritte. Ein Schritt ist die Zuführung der Kolbenstange und Montage mit einem Stopfen. Die Kolbenstange weist an dem mit dem Stopfen zu verbindenden Ende ein Gewinde auf. Der Stopfen weist ein dazu korrespondierendes Gegengewinde auf. Für die Montage, insbesondere die automatisierte Montage, wird die Kolbenstange zunächst mittels eines Greifers gegriffen. Statt eines Greifers kann auch eine andere Haltevorrichtung vorgesehen sein, welche die Kolbenstange aufnehmen und/oder halten kann. Die Aufnahme der Kolbenstange erfolgt derart, dass diese über den Greifer zu dem Stopfen führbar ist, wobei bei einem Kontakt und Weiterbewegen des Greifers die Kolbenstange aufgrund des Kontakts nicht weiterbewegt wird. Vorzugsweise ist die Kolbenstange in dem Greifer so aufgenommen, dass dieser an dem Greifer in Verfahrrichtung zur Montage axial mit dem Greifer mitfährt. Beispielsweise liegt die Kolbenstange an einem Anschlag des Greifers auf. Verfährt der Greifer nun in die Montagerichtung, beispielsweise in eine Z-Richtung. Oder axiale Richtung zum Stopfen, verfährt die aufgenommene Kolbenstange so lange mit dem Greifer mit, bis die Kolbenstange einen Kontakt erfährt, beispielsweise durch den Stopfen. Wenn der Greifer weiter in Montagerichtung verfährt, wird die Kolbenstange aufgrund des als Anschlag entgegen Montagerichtung dienenden Kontakts nicht mit verfahren. Der Greifer bewegt sich in Montagerichtung relativ zu der Kolbenstange weiter. Die Montagerichtung kann beispielsweise die axiale Richtung sein. Für eine automatisierte Montage wird die Kolbenstange so positioniert, dass diese bevorzugt in axiale Richtung für eine Montage bewegt wird. Entsprechend wird die Kolbenstange vor oder mit/nach Aufnahme durch den Greifer derart positioniert, dass lediglich eine axiale Bewegung zur Kontaktierung mit dem Stopfen erforderlich ist. Die aufgenommene Kolbenstange wird axial mit dem Greifer zu dem Stopfen bewegt. Der Greifer ist derart angeordnet, dass dieser einen Kontakt zwischen Kolbenstange und Stopfen nicht beeinträchtigt oder verhindert. Vorzugsweise umgibt der Greifer die Kolbenstange umfänglich oder zumindest teilumfänglich. Der Greifer verfährt zusammen mit der Kolbenstange so lange, bis die Kolbenstange den Stopfen kontaktiert. Der Kontakt der Kolbenstange mit dem Stopfen erfolgt derart, dass das gewindebehaftete Ende der Kolbenstange mit dem korrespondierenden Gegengewinde es Stopfens in Kontakt gelangt. Entsprechend wird die Positionierung von Stopfen und Kolbenstange vorgenommen. Mittellinie der Gewindeöffnung mit dem Gegengewinde des Stopfens und Mittellinie der Kolbenstange sind entsprechend fluchtend zueinander ausgerichtet, bevor es zu dem Kontakt kommt. Hierzu kann der Stopfen und/oder die Kolbenstange mittellinienfluchtend positioniert werden. Nach dem Kontakt von Kolbenstange und Stopfen, genauer der korrespondierenden Gewinde, verfährt der Greifer weiter in axiale Richtung, während die Kolbenstange in axiale Richtung nicht weiterbewegt wird. Dies ist aufgrund der axial bewegbaren Aufnahme der Kolbenstange in dem Greifer möglich. Nach diesem Kontakt erfolgen weitere Schritte für die Montage von Kolbenstange und Stopfen. Die Montageschritte werden für ein Sicherstellen der Prozesssicherheit überwacht. Dabei erfolgt die Überwachung mittels eines taktilen Überwachens, insbesondere durch ein taktiles Erfassen des Kontakts der Kolbenstange mit dem Stopfen, genauer der korrespondierenden Gewinde. Das taktile Erfassen wird mittels eines entsprechenden taktilen Sensors durchgeführt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem Kontakt von Kolbenstange und Stopfen die axiale Bewegung der Kolbenstange gestoppt wird, während der Greifer die axiale Bewegung fortführt, wobei durch die Relativbewegung zwischen Greifer und Kolbenstange der taktile Sensor ausgelöst und so die Position der Kolbenstange und/oder des Stopfens taktil erfasst wird. Hierzu ist ein Sensor entgegen der axialen Richtung zu dem Stopfen beabstandet zu der Kolbenstange, verbunden mit dem Greifer, angeordnet. Aufgrund des axialen Bewegens des Greifers und des Stoppens der axialen Bewegung der Kolbenstange wird zwischen Greifer und Kolbenstange eine Relativbewegung erzeugt. Der Abstand des taktilen Sensors, der an den Greifer und somit die axiale Bewegung des Greifers gekoppelt ist, verkürzt aufgrund der Relativbewegung seinen Abstand zu der Kolbenstange so lange, bis es zum Kontakt von Kolbenstange und taktilen Sensor kommt. Neben dem Kontakt von Kolbenstange und taktilem Sensor und der damit verbundenen Auslösung des taktilen Sensors wird ein entsprechender Messwert wird erfasst.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der taktile Sensor nach Auslösung mit einer vorbestimmten Kraft auf die Kolbenstange aufgedrückt wird. Der taktile Sensor ist über eine Feder-Speicher-Einheit gelagert. Das Aufbringen der Federbelastung auf die Kolbenstange wird dadurch realisiert, dass der Greifer mit dem daran gekoppelten taktilen Sensor nach dem Auslösen des taktilen Sensors / Kontakt mit der Kolbenstange, genauer dem Ende der Kolbenstange, welches dem gewindebehafteten Ende gegenüberliegt, weiter verfahren, genauer in axiale Richtung verfahren wird. Auf diese Weise übt der über eine Feder-Speicher-Einheit federnd angeordnete taktile Sensor einen Federdruck auf die Kolbenstange auf. Der Verfahrweg des Greifers in axiale Richtung ist einstellbar. Der Verfahrweg liegt üblicherweise im Bereich von mindestens einem Gewindegang-Abstand in axiale Richtung. Über den Weg und die Federbelastung ist die Kraft bzw. Druckbeaufschlagung auf die Kolbenstange wählbar.
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Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ein Messwert zur Überwachung nach Aufdrücken oder Andrücken des taktilen Sensors auf die Kolbenstange, also die Druckbeaufschlagung der Kolbenstange, erfasst wird. Der Messwert ist derart ausgebildet, dass aus diesem die Position und weitere Positionen von Kolbenstange, Greifer und Abstand Kolbenstange-Stopfen ableitbar sind.
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Zudem ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Greifer mit der Kolbenstange entgegen einer Einschraubrichtung gedreht wird bis ein Gewindeanfang des Gewindes der Kolbenstange den Gewindeanfang des Gewindes des Stopfens erreicht und/oder eine axiale Bewegung der Kolbenstange aufgrund des Aufdrückens des taktilen Sensors mit der vorbestimmten Kraft erfolgt. Nachdem die Kolbenstange mit der vorbestimmten Kraft durch den taktilen Sensor belastet ist und korrespondierende Messwerte erfasst sind, beginnt der Greifer die Kolbenstange entgegen einer Einschraubrichtung zu drehen. Die Kolbenstange ist entsprechend verdrehsicher in dem Greifer aufgenommen. Durch den aufdrückenden Sensor einerseits und die Anlage an dem Gewindegang der Gewindeöffnung des Stopfens andererseits ist die ansonsten axialbewegbare Kolbenstange in alle Bewegungsrichtungen festgelegt. Aufgrund der Drehbewegung wird die Kolbenstange durch das entgegen Einschraubrichtung ansteigende Gewinde des Stopfens in axiale Richtung entgegen der ersten Bewegung nun weg vom Stopfen bewegt. Der Greifer führt eine reine Drehbewegung ohne axiale Bewegung aus. Die Kolbenstange drückt dabei mit steigender axialer Bewegung weg von dem Stopfen immer stärker gegen den Sensor. Hierdurch wird die erzeuget Vorspannung oder Druckbeaufschlagung zwischen Sensor und Kolbenstange erhöht. Das Drehen des Greifers und damit der Kolbenstange erfolgt so lange, bis der Gewindeanfang des Gewindes der Kolbenstange den Gewindeanfang des Gegengewindes des Stopfens erreicht hat und bei Erreichen des Endes axial in Richtung Stopfen bewegt wird. Diese axiale Bewegung wird beim Erreichen des Endes durch die Federvorspannung / Druckbeaufschlagung unterstützt und lässt sich so prozesssicher erfassen. Die axiale Bewegung erfolgt so lange, bis der Gewindeanfang der Kolbenstange auf den nächsten Gewindegang des Stopfens trifft. Damit entspricht die axiale Bewegung, welche die Kolbenstange erfährt, dem axialen Abstand eines Gewindegangs, insbesondere eines Gewindegangs des Gewindes des Stopfens, der zu dem Abstand des Gewindes der Kolbenstange korrespondiert. Während der Drehung entgegen der Einschraubrichtung werden entsprechende Messwerte erfasst. Durch die permanente Erfassung der Messwerte wird genau auch der Messwert erfasst, der bei der axialen Bewegung der Kolbenstange erfasst wird. Die Drehbewegung des Greifers wird beim axialen Bewegen der Kolbenstange gestoppt. Hierdurch ist die Position der Kolbenstange in Bezug auf den Stopfen, genauer das Gewinde des Stopfens, exakt bestimmt.
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Entsprechend sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Position der Kolbenstange und/oder des Greifers beim Erreichen des Gewindeanfangs des Stopfens und nach der axialen Bewegung der Kolbenstange erfasst wird. Ausgehend von dieser erfassten Position lässt sich der weitere Montagevorgang prozesssicher gestalten.
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Weiterhin sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass nach der axialen Bewegung der Kolbenstange nach Erreichen des Gewindeanfangs die Kolbenstange über den Greifer in eine Einschraubrichtung gedreht wird, bis die gewünschte Einschraubtiefe erreicht wird. Nach der axialen Bewegung bei gestoppter Drehbewegung und Erfassung der relevanten Messwerte erfolgt das Eindrehen oder Einschrauben der Kolbenstange in den Stopfen. Hier wird der Greifer mit der Kolbenstange in Einschraubrichtung gedreht. Die Kolbenstange ist weiterhin druckbeaufschlagt. Das Eindrehen erfolgt somit durch die Einschraubdrehung und die Druckbelastung in axiale Richtung zum Stopfen hin. Aufgrund der genauen Positionsbestimmung, gerade aufgrund der axialen Bewegung nach Drehung entgegen Einschraubrichtung, wird das Einschrauben nach genauer Berechnung aus den erfassten Messwerten durchgeführt. Zudem erfolgt während des Einschraubens eine Überwachung durch den taktilen Sensor. Der Greifer führt lediglich ein Drehen mit der Kolbenstange durch ohne zusätzliche axiale Bewegung. Mit dem Einschrauben und dem damit verbundenen Verfahren der Kolbenstange in axiale Richtung in den Stopfen verändert sich der Druck an dem taktilen Sensor. Dieser nimmt mit wachsender Einschraubtiefe ab. Auf diese Weise kann mittels des taktilen Sensors sichergestellt werden, dass nicht nur eine Drehbewegung der Kolbenstange erfolgt, sondern zusätzlich auch die Bewegung in axiale Richtung durchgeführt wird. Nach dem Einschrauben öffnet der Greifer und verfährt ohne die Kolbenstange in eine Ausgangsposition. Dort kann das Verfahren neu gestartet werden. Der Greifer greift eine positionierte Kolbenstange oder greift die Kolbenstange und positioniert dies axial fluchtend über der Gewindeöffnung des Stopfens. Die axiale Bewegung des Greifers beginnt und die weiteren Verfahrensschritte laufen wie vorstehend beschrieben ab.
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Die Erfindung schließt weiter die technische Lehre ein, dass bei einer Vorrichtung zur Montage einer ein Gewinde aufweisenden Kolbenstange mit einem ein Gegengewinde aufweisenden Stopfen einer Spritze umfassend einen Greifer zur Aufnahme der Kolbenstange, einen Linearantrieb zum axialen Verfahren des Greifers, einen Drehantrieb zum Rotieren des Greifers, eine Halteeinrichtung zum Halten einer einen Stopfen aufweisenden Spritze, genauer einem Spritzenkörper, und eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Montage mit mindestens einem Sensor, vorgesehen ist, dass die Aufnahme zur axial bewegbaren Aufnahme der Kolbenstange ausgebildet ist und/oder der Sensor als taktiler Sensor ausgebildet ist. Spritze und Spritzenkörper werden hier synonym verwendet, wobei aus dem Kontext hervorgeht, ob es sich um einen Spritzenkörper ohne montierte Kolbenstange oder um die fertige Spritze mit montierter Kolbenstange handelt. Die Halteeinrichtung ist sowohl zum Halten des Spritzenkörpers als auch der Spritze ausgebildet - deshalb die synonyme Verwendung von Spritze und Spritzenkörper. Die Aufnahme in dem Greifer ist derart ausgebildet, dass die aufgenommene Kolbenstange zumindest teilweise in axiale Richtung bewegbar ist. Zunächst liegt die Kolbenstange in dem Greifer auf einem Anschlag oder dergleichen auf, sodass diese in axiale Richtung hin zu dem Gewindestopfen fixiert ist. Entgegen der axialen Richtung zum Stopfen ist die Kolbenstange jedoch bewegbar. Der Greifer ist so ausgebildet, dass die Kolbenstange verdrehsicher aufgenommen ist. Bei einer Drehung des Greifers dreht sich die Kolbenstange mit dem Greifer mit. Bei einem Verfahren des Greifers in Richtung Stopfen verfährt die Kolbenstange nur bis zu einem Kontakt mit dem Stopfen mit dem Greifer mit. Der Greifer kann als beliebige Halteeinrichtung oder Haltevorrichtung ausgebildet sein, welche die axiale Bewegbarkeit bei drehsicherer Aufnahme gewährleistet. Für eine Drehbewegung des Greifers ist ein Drehantrieb vorgesehen. Für ein Verfahren in axiale Richtung ist eine Linear- und/oder Hubantrieb vorgesehen. Zudem kann eine Positioniereinrichtung vorgesehen sein, um die aufgenommene Kolbenstange axial fluchtend zu der Gewindeöffnung des Stopfens auszurichten. Um eine axial fluchtende Positionierung zu gewährleisten, ist eine Halteeinrichtung zum Halten der den Stopfen aufweisenden Spritze bzw. Spritzenkörper vorgesehen. Somit ist der Stopfen über die Halteeinrichtung positionierbar und die Kolbenstange über den Greifer. Um die Montage prozesssicher zu gestalten, ist eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Montage mit mindestens einem Sensor vorgesehen. Der mindestens eine Sensor ist als taktiler Sensor ausgebildet. Diese ist in einem vorbestimmten Abstand zu dem Greifer angeordnet und federbelastbar über eine Feder-Speicher-Einheit gelagert. Dabei ist der Abstand zwischen Greifer und taktilem Sensor so bemessen, dass dazwischen die Kolbenstange aufnehmbar ist. Die Aufnahme erfolgt so, dass zwischen Kolbenstange und taktilem Sensor ein vorbestimmter Abstand in axiale Richtung vorgesehen ist. Bei Anschlag der aufgenommenen Kolbenstange an dem Stopfen und axiales Verfahren des Greifers verkürzt sich der Abstand und der taktile Sensor kontaktiert die Kolbenstange. Die Überwachungseinheit ist ausgebildet, um diesen Zustand zu erfassen. Verfährt der Greifer weiter, so übt der federbelastet gelagerte taktile Sensor einen Druck auf die Kolbenstange aus und spannt diese bei weiterer Bewegung des Greifers vor bzw. belastet diese mit einem (Feder-) Druck. Der taktile Sensor ist nicht zwingend federdruck belastet. Er kann auch mittels hydraulischer, pneumatischer oder ähnlicher Lagerung Feder-Speicher-gelagert sein.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist entsprechend vorgesehen, dass eine Andrückeinheit zum Andrücken des taktilen Sensors an die Kolbenstange vorgesehen ist. Die Andrückeinheit ist vorzugsweise eine Feder-Andrückeinheit, genauer eine Feder-Speicher-Einheit, kann aber auch jeder beliebige andere Andrückeinheit wie ein Dämpfer, ein pneumatisches Lager, ein hydraulisches Lager oder dergleichen sein. Über diese Andrückeinheit ist der taktile Sensor gelagert. Bei Kontakt mit der Kolbenstange kann die Kolbenstange somit über die Andrückeinheit druckbeaufschlagt werden. Dabei ist die Andrückeinheit einstellbar hinsichtlich der Druckbeaufschlagung und des Federwegs.
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Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Drehantrieb und/oder eine Steuereinrichtung für den Linear- und/oder Drehantrieb für ein Rotieren des Greifers in und entgegen der Eindrehrichtung der Kolbenstange in den Stopfen ausgebildet ist. Bei dem Verfahren ist ein Drehen einmal entgegen der Einschraubrichtung und einmal in Einschraubrichtung vorgesehen. Der Drehantrieb und/oder die Steuereinrichtung sind entsprechend hierfür ausgebildet. Zudem ist die Steuereinrichtung für ein Erfassen der Messwerte zu den verschiedenen Positionen von Kolbenstange, Greifer und taktilem Sensor ausgebildet. Mit Vorgaben über das Gewinde des Stopfens und/oder der Kolbenstange lassen sich über die erfassten Messwerte die genauen Parameter für das Einschrauben der Kolbenstange herleiten.
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Zudem schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmcodemittel zum Durchführen aller hier beschriebenen Schritte vorgesehen ist, wenn das Programm auf einem Computer, insbesondere auf einem Tablet-Computer oder einem Smartphone ausgeführt wird.
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Nicht zuletzt schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass ein Computerprogramm vorgesehen ist, umfassend Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert und/oder über ein computerlesbares Medium abrufbar sind, um das hier beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn das Programm in einem Computer, insbesondere in einem Tablet-Computer oder einem Smartphone läuft.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Merkmale werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet. Merkmale oder Bauteile verschiedener Ausführungsformen können kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen zu erhalten. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können so für sich als auch in verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Die Figuren zeigen Folgendes.
- 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Montage einer Kolbenstange mit einem Stopfen einer Spritze,
- 2 in einer perspektivischen Detailansicht die Ausführungsform nach 1 und
- 3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Montage einer Kolbenstange mit einem Stopfen einer Spritze.
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Die 1 bis 3 zeigen in verschiedenen Ansichten, Ausschnitten und Detaillierungsgraden eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Montage einer Kolbenstange mit einem Stopfen einer Spritze sowie ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren hierzu. eines Schließzylinders und dessen Bauteile.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Vorrichtung 200 zur Montage einer Kolbenstange 310 mit einem Stopfen 320 einer Spritze 330. Die Vorrichtung 200 umfasst im Wesentlichen einen Linearantrieb 220 zum axialen Verfahren eines Greifers 210, einen Drehantrieb 230 zum Rotieren des Greifers 210, eine Halteeinrichtung 240 zum Halten einer einen Stopfen 320 aufweisenden Spritze 330 und eine Überwachungseinrichtung 270 zur Überwachung der Montage, mit einem Sensor 271. Die Vorrichtung 200 ist als Arbeitsstation 400 ausgeführt und ist auf einem höhenverstellbaren Arbeitstisch 410 angeordnet. Über eine Zuführeinrichtung 420 werden Spritzen 330 mit Stopfen 330 in der Halteeinrichtung 240 zugeführt. Für die Montage wird die Halteeinrichtung 240 mit der Spritze 330 positioniert und hält in einer vorbestimmten Position unterhalb des Greifers 210. Der Greifer 210 hält die zu montierende Kolbenstange 310 drehfest, aber axial bewegbar. Durch die Schwerkraft liegt die Kolbenstange 310 an dem Greifer 210 an und ist somit lediglich axial entgegen der Schwerkraftrichtung in dem Greifer 210 bewegbar. Über den Linearantrieb 220 wird der Greifer 210 in axialer Richtung positioniert. Das Positionieren erfolgt derart, dass die Kolbenstange 310 axiale fluchtend über dem Stopfen 320 positioniert ist. Gekoppelt an den Greifer 210 ist der Sensor 271, der als taktiler Sensor 272 ausgebildet ist. Dieser ist beabstandet zu dem Greifer 210 über der gehaltenen Kolbenstange 310 angeordnet, sodass die Kolbenstange 310 in einem vorbestimmten Abstand zu dem Sensor 271, 272 angeordnet ist. Der Sensor 271, 272 ist über eine Feder-Speicher-Einheit 273 gelagert. Bei einem Kontakt mit der Kolbenstange 310 kann der Sensor 271, 272 so unter Druckbeaufschlagung der Kolbenstange 310 nachgiebig in axiale Richtung verfahren. Zur Überwachung des Montageprozesses ist die Überwachungseinrichtung 270 vorgesehen. Diese umfasst neben dem Sensor 271, 272 auch einen Messtaster oder mehrere Messtaster, mit dem / denen die Position der Kolbenstange und/oder des Greifers erfassbar und ist und die erfassten Messwerte auswertbar sind. Für ein optimiertes Zuführen ist die Halteeinrichtung 240, welche die Spritze 330 hält, als Schlitten ausgeführt.
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2 in einer perspektivischen Detailansicht die Ausführungsform nach 1. Insbesondere Greifer 210, taktiler Sensor 272 und Spritzenbestandteile 310, 320, 330 sind hier deutlicher zu erkennen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Montage der Kolbenstange 310 mit dem Stopfen 320 einer Spritze 330. Nach einer Initialisierung bei Schritt 1 wird in Schritt 10 zunächst die Spritze 330 mit dem Stopfen 320 unter der Vorrichtung 200 positioniert. In Schritt 20 wird die Kolbenstange 310 in den Greifer 210 der Vorrichtung 200 eingesetzt. Dabei erfolgt das Einsetzten derart, dass die Kolbenstange 310 an einem Anschlag anliegt, aber entgegen dem Anschlag axial bewegbar ist. Der Greifer 210 hält die Kolbenstange 310 so, dass diese drehsicher in dem Greifer 210 gehalten ist. Die Spritze 330, genauer der Stopfen 320, und die Kolbenstange 310 sind derart positioniert, dass deren gedachte Mittellinien axial fluchten.
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In Schritt 40 wird der Greifer 210 mit der Kolbenstange 310 axial in Richtung Stopfen 320 bewegt. Dabei wird die Kolbenstange 310 in Kontakt mit dem Stopfen 320 gebracht. Die axiale Bewegung des Greifers 210 wird fortgesetzt, wobei aber die Kolbenstange 310 aufgrund ihres Anschlags an dem Stopfen 320 nicht weiter axial bewegt wird. An den Greifer 210 gekoppelt ist der Sensor 272. Dieser ist axial beabstandet zu dem Greifer 210 angeordnet, sodass zwischen Greifer 210 und Sensor 272 die Kolbenstange 310 teilweise angeordnet ist. Da der Greifer 210 axial weiter Richtung Spritze 330 axial bewegt wird, die Kolbenstange 310 aber aufgrund der Anlage an dem Stopfen 320 nicht weiter axial bewegt wird, nähert sich der taktile Sensor 272 immer weiter der Kolbenstange 310. In Schritt 50 kontaktiert der taktile Sensor 272 dann die Kolbenstange 310. Der taktile Sensor 272 löst aus. Diese Position wird durch die Überwachungseinrichtung 270 erfasst. Die Bewegung des Greifers 210 wird um einen vorbestimmten axialen Weg fortgeführt. Der vorbestimmte Weg beträgt mindestens einen Gangabstand des Gewindes des Stopfens und/oder der Kolbenstange in axiale Richtung. Dabei wird die Kolbenstange 310 durch den taktilen Sensor 272, der federnd gelagert ist, mit einer Kraft druckbeaufschlagt. Nach axialem Bewegen des Greifers 310 um den vorbestimmten axialen Weg wird die axiale Bewegung des Greifers 310 gestoppt. Diese Position wird durch die Überwachungseinrichtung erfasst. Der taktile Sensor 272 wird bei Schritt 60 auf null gestellt.
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Im nächsten Schritt 70 beginnt der Drehantrieb 230 den Greifer 310 gegen die Einschraubrichtung. Die druckbeaufschlagte Kolbenstange 310 wird entsprechend mit dem Greifer 330 mitgedreht. Da die Kolbenstange 310 mit ihrem Gewinde auf dem Gewinde des Stopfens 320 aufliegt, erfolgt eine Bewegung der Kolbenstange 310 in axiale Richtung. Dabei erhöht sich die Druckbeaufschlagung auf die Kolbenstange 310 durch den taktilen Sensor 272, da dieser lediglich in Drehrichtung, nicht aber in axiale Richtung bewegt wird.
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In Schritt 80 stoppt die Drehbewegung. Das Stoppen wird realisiert, wenn die Kolbenstange 310 eine axiale Bewegung in Richtung Stopfen 320 durchführt. Dies erfolgt, da der Gewindeanfang des Gewindes der Kolbenstange 310 den Gewindeanfang des Gewindes des Stopfens 320 erreicht und bei Erreichen des Gewindeanfangs durch die Druckbeaufschlagung auf das darunter liegende Gewinde bewegt wird.
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Anschließend wird in Schritt 90 der Messtaster bzw. der taktile Sensor 272 auf null gestellt. Hier ist eine genau definierte Position erreicht, von der an das prozesssichere Eindrehen erfolgen kann. Der Stopfen 320 ist druckbeaufschlagt und der Gewindeanfang der Kolbenstange 310 liegt genau einen Gewindegang unter dem Gewindeanfang des Stopfens 320 auf dessen Gewinde auf.
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Entsprechend beginnt in Schritt 100 das Eindrehen der Kolbenstange 310 in den Stopfen 320. Hierzu erfolgt eine Drehrichtungsumkehr durch den Drehantrieb 230. Beispielsweise startet hier der Rechtslauf des Drehantriebs 230 um parametrierte Umdrehung. Basierend auf der prozesssicheren Positionierung kann exakt vorgegeben werden, wieviel Umdrehungen für das Eindrehen erforderlich sind. Gleichwohl die Kolbenstange 310 druckbeaufschlagt ist, wird das Eindrehen weiter überwacht.
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Dies erfolgt in Schritt 110. Hier wird der Messwert des Messtasters entsprechend der Positionen der Kolbenstange 310 erfasst und aufgezeichnet. Dreht beispielsweise die Kolbenstange 310 nicht in den Stopfen 320 ein, so erfasst der Messtaster, dass sich dieser in axiale Position nicht weiter verändert. Entsprechend kann die Steuerung ein Störsignal ausgeben oder weitere Aktionen ausführen. Zeigen die Messwerte eine axiale Veränderung der Kolbenstange 310 gemäß den Vorgaben an, entspricht also der Ist-Messwert dem Soll-Messwert, so wird der Messwert auf IO (in Ordnung) gesetzt. Ansonsten wird der Messwert auf NIO (Nicht in Ordnung) gesetzt.
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In Schritt 120 wird, sofern der Messwert auf IO steht, der Greifer 210 gelöst, und die Vorrichtung 200 in eine Ausgangslage verfahren. Hierzu werden Greifer 210 und Drehantrieb 230 und ggf. Linearantrieb 220 in die Grundstellung verfahren und ein neuer Durchlauf kann beginnen. Sollte der Messwert auf NIO stehen, wird die Spritze aus dem Prozesslaufentfernt und dann folgen die Schritte Greifer 210 lösen und Vorrichtung 200 in Ausgangslage verfahren.
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In Schritt 130 wird die Spritze, sofern Sie IO ist, entnommen und dem weiteren Prozessablauf zugeführt. Zeigt der Messtaster NIO an, wird die Spritze entnommen und entsprechend aus dem Prozessablauf aussortiert. Der Prozess kann dann wieder bei Schritt 1 beginnen
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Zusammenfassend lässt sich Folgendes festhalten. Das taktile Eindrehen der Kolbenstange 310 in den Stopfen 320 erfolgt wie folgt. Die Spritze bzw. der Spritzenkörper mit dem Stopfen wird unterhalb der Kolbenstange positioniert -- gleiche Flucht, Positionierung kann beliebig erfolgen zum Beispiel manuell, automatisch, etc. Die Kolbenstange wird in den Greifer eingesetzt. Die erfolgt beispielsweise, indem die Kolbenstange davor noch vereinzelt und via Roboter dem Greifer übergeben wird. Dies kann auch anderweitig realisiert werden, zum Beispiel manuell. Die Kolbenstange wird vom Greifer nicht fest gegriffen, sondern nur geführt, sodass die Kolbenstange sich darin in Z Richtung oder axiale Richtung bewegen kann. Oberhalb der Kolbenstange im oder am Greifer befindet sich ein taktiler Messtaster mit entsprechendem Federweg. Nachdem die Spritze positioniert und die Kolbenstange übergeben wurde, fährt der Greifer samt Kolbenstange in Z Richtung nach unten mittels Linearantrieb, beispielsweise in Form einer Hubachse. Sobald die Kolbenstange den Stopfen in der Spritze trifft, rutscht diese innerhalb des Greifers nach oben und löst den taktilen Sensor aus, welcher dann in seinen Federweg taucht. In jenem Moment erkennt die Steuerung oder Überwachungseinrichtung die Position des Stopfens. Nachdem der Stopfen taktil detektiert wurde, positioniert die Hubachse noch einen einstellbaren Weg, beispielswese einen Weg im Bereich von einer einstellbaren Anzahl von Millimetern, in Z Richtung oder axiale Richtung nach unten, um eine Mindesteintauchen der der taktilen Messvorrichtung zu gewährleisten. Ohne dieses Mindesteintauchen könnte es zu Messfehlern kommen, da wenn der Messtaster nur z.B. 2 mm eintaucht, das Einschrauben des Gewindes danach jedoch 5 mm beträgt, der Messtaster nach 2 mm nicht mehr messen würde. Der taktile Messtaster wirkt nun zudem mit einem einstellbaren Druck, beispielsweise 10 Gramm Federdruck oder einem anderem einstellbaren Federdruck, beispielsweise oder 100g, auf dem Stopfen. Die Kolbenstange liegt dann leicht auf dem Stopfen auf und wird dort durch die Federkraft des taktilen Sensors gehalten. Nach diesem Vorgang wird der aktuelle Messwert auf 0 gesetzt, um von dieser Position aus allen weiteren Messwerten relativ zu ermitteln. Nun beginnt der Drehantrieb, an dem der Greifer befestigt ist, sich gegen die Einschraubrichtung, beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Auf Grund der Gewindesteigung entsteht nun ein konstanter Messwert am taktilen Messtaster. Durch die Gewindesteigung wird die Kolbenstange nun zunächst nach oben bewegt bevor jene dann, wenn sie an den Gewindeanfang des Stopfens und der Kolbenstange kommt, nach unten sackt. Um das Absacken prozesssicher zu ermöglichen, ist eben die leichte Kraft von oben durch den taktilen Taster relevant. Da die Steuerung während des Drehens gegen die Einschraubrichtung, beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn kontinuierlich die Positionsdaten des Messtasters auswertet, wird dieser Peak sofort erkannt und der Drehantrieb stoppt direkt am Gewindeanfang. Die Auflösung des taktilen Messtasters beträgt bis zu 0.001mm und darüber. Nun beginnt sich der Antrieb im Uhrzeigersinn zu drehen, mathematisch berechnet genauso viele Umdrehungen, wie nötig sind, um eine bestimmte Einschraubtiefe zu erreichen. Parallel zum Einschrauben der Kolbenstange in den Stopfen überwacht der taktile Taster kontinuierlich den Einschraubwert, um diesen nochmals zu verifizieren und um 100% sicher zu sein, dass die Kolbenstange auch in den Stopfen eingeschraubt wurde und sich nicht nur im Kreis gedreht hat. Dies geschieht, indem die Kolbenstange sich in Z Richtung in den Stopfen bewegt und der taktile Messtaster dann entsprechend jenem durch die eigene Federkraft folgt und dabei misst. Nach erfolgreichem Verschrauben öffnet sich der Greifer und die Hubeinheit fährt in ihre Ausgangsposition zurück. Der Vorgang beginnt wieder von vorne.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Initial-Schritt
- 10
- Positionierung
- 20
- Einsetzen
- 30
- Axiales Verfahren
- 40
- Stoppen
- 50
- Nachpositionieren
- 60
- Nullstellen
- 70
- Drehen
- 80
- Stoppen Drehen
- 90
- Nullstellen
- 100
- Drehen
- 110
- Messwerterfassung
- 120
- Ist-Soll-Vergleich
- 130
- Ausgangsposition-Verfahren
- 140
- Entnahme
- 200
- Vorrichtung
- 210
- Greifer
- 220
- Linearantrieb
- 230
- Drehantrieb
- 240
- Halteeinrichtung
- 250
- Steuereinrichtung
- 270
- Überwachungseinrichtung
- 271
- Sensor
- 272
- taktiler Sensor
- 273
- Feder-Speicher-Einheit
- 280
- Andrückeinheit
- 310
- Kolbenstange
- 320
- Stopfen
- 330
- Spritze(nkörper)
- 400
- Arbeitsstation
- 410
- Arbeitstisch
- 420
- Zuführeinrichtung
- A
- axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 112207563 A [0006]
- US 2010299904 A1 [0007]
