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Die Erfindung betrifft einen mobilen Roboter, eine Batterie, eine SMT-Produktionslinie und ein Verfahren zum Austausch einer Batterie.
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Hintergrund und Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Bestückung von Komponententrägern, wie Leiterplatten (PCBs), Substraten oder Werkstücken, mit elektronischen Bauteilen in einem sogenannten Surface Mount Technology (SMT)-Verfahren.
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Die Herstellung solcher elektronischer Baugruppen erfolgt typischerweise mit so genannten Bestückungsmaschinen, mit denen elektronische Bauteile automatisiert aus einer Bauteilzuführeinrichtung entnommen und auf einem Komponententräger wie zum Beispiel einer Leiterplatte platziert werden. Der Transfer der Bauteile von der Bauteilzuführeinrichtung an ihre jeweilige Bestückungsposition erfolgt mittels einer Bauteilhandhabungsvorrichtung, beispielsweise einem sogenannten Bestückungskopf.
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Das gebräuchlichste Packaging für kleine elektronische Bauteile verwendet Trägerbänder, die manchmal auch als „Gürtel“ bezeichnet werden und in die kleine Taschen eingeformt sind. In jeder dieser Taschen wird ein Bauteil bereitgestellt. In jedem Trägerband befindet sich nur eine Art von Bauteil. Aus Gründen der Platzersparnis und des leichteren Transports werden die Trägerbänder üblicherweise als Bandspule ausgebildet, indem sie auf eine Spule aufgewickelt werden. In der Regel wird die Bandspule in einem Zuführmodul platziert, die Antriebsmittel für den Vorschub des Bandes enthält, zum Beispiel ein motorgetriebenes Pin-Rad, das in Löcher entlang der Länge des Trägerbandes eingreift, sowie einen Aufnahmebereich oder ein Fenster, das Zugang zu den Bauteilen bietet. Das Zuführmodul kann herausnehmbar in eine Bestückungsmaschine eingesetzt werden.
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In jüngerer Zeit wurde ein Kassettensystem vorgeschlagen, bei dem eine Spule in einem passiven Kassettenmodul oder einer Kassette platziert wird, bei dem es sich zweckmäßigerweise um einen relativ preiswerten Kunststoffbehälter oder eine Hülle mit definierter Form handelt, die leicht von einem Roboter gehalten werden kann und die an einer zentralen Füllstation beladen und anschließend in eine Zuführvorrichtung eingesetzt werden kann. Wenn die Bestückungsmaschine selbst mit Bandantriebsmechanismen ausgestattet ist, kann das Kassettenmodul alternativ auch direkt in die Bestückungsmaschine eingesetzt werden. Ein Beispiel für eine Anordnung von Kassette und Zuführvorrichtung ist beispielsweise in
DE 10 2019 127 299.8 beschrieben. In solchen Systemen kann die Zuführeinheit verwendet werden, um das Trägerband, das sich in einer Kassetteneinheit befindet, so anzutreiben, dass Bauteile, die sich in Taschen des Trägerbandes befinden, in einen Entnahmebereich bewegt werden, in dem ein Bestückungskopf einer Bestückungsmaschine auf die Bauteile zugreifen kann. Der Entnahmebereich kann sich je nach Ausführung innerhalb der Kassette oder innerhalb der Zuführvorrichtung befinden.
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Für den Betrieb der Bestückungsmaschine ist es notwendig, dass Zuführvorrichtungen (und / oder Kassetten, je nach Aufbau) mit entsprechenden Trägern der Bestückungsmaschine zugeführt werden können.
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Ein solches Umrüsten (d.h. der Einbau verschiedener Zuführvorrichtungen / Kassetten) ist derzeit ein manueller Prozess, der einen hohen Personalaufwand erfordert. Seit einigen Jahren werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um den Materialnachschub und die Umrüstung zu automatisieren.
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Als spezifischer Stand der Technik kann
EP 3 419 402 A1 genannt werden. Wie in diesem Dokument beschrieben, kann eine externe Austauschvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Zuführvorrichtung, die sowohl eine Zuführmöglichkeit als auch einen Materialspeicher aufweist, zwischen einem Lagerort und einem Betriebsort zu transferieren, wobei die Austauschvorrichtung betreibbar ist, um sich entlang einer Produktionslinie mit einer oder mehreren Bestückungsmaschinen parallel zur Richtung des Werkstückdurchsatzes zu bewegen. Die Austauschvorrichtung ist entlang einer an der Produktionslinie montierten Schiene verfahrbar und stützt sich auf dieser ab (man spricht daher auch von einem „schienengeführten Fahrzeug“). Ein solcher Ansatz hat verschiedene Vorteile, zum Beispiel werden durch die Verwendung einer maschinenmontierten Schiene alle Probleme vermieden, die durch Unebenheiten der Oberfläche des Bodens entstehen können, da die Austauschvorrichtung in einer festen vertikalen Position relativ zu den Bestückungsmaschinen gehalten wird, und darüber hinaus ist eine hohe Positionierungsgenauigkeit entlang der Produktionslinie möglich. Ein Vorteil eines solchen Systems ist, dass das schienengeführte Fahrzeug kontinuierlich Strom von der Bestückungsmaschine beziehen kann. Allerdings sind mit einem solchen System auch verschiedene Nachteile verbunden. So ist beispielsweise für jede Seite der Produktionslinie eine eigene Austauschvorrichtung erforderlich, was einschränken kann, wie nah benachbarte Linien platziert werden können. Dem beschriebenen System mangelt es auch an Flexibilität, und es kann zum Beispiel keine kassettenbasierten Zuführsysteme verwalten. Es hat sich gezeigt, dass das System relativ langsam und aufgrund des hohen Bedarfs an speziellen Geräten für jede Produktionslinie auch teuer ist.
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Es wurde erkannt, dass eine flexiblere und potenziell kostengünstigere Lösung darin bestehen kann, ein automatisch gesteuertes Fahrzeug (AGV) oder einen autonomen mobilen Roboter (AMR) mit einem Zuführvorrichtungs- / Kassetten-Wechselmechanismus auszustatten. Der Einfachheit halber wird im weiteren Verlauf dieses Dokuments der Begriff „AGV“ als Sammelbegriff für alle derartigen mobilen Roboter verwendet, die nicht gezwungen sind, sich entlang von Schienen oder anderen festgelegten Wegen zu bewegen. Wie in der Fachwelt allgemein bekannt, handelt es sich bei AGVs im Allgemeinen um kleine mobile Roboter, die sich in der Regel mit Hilfe eines Fahrgestells mit Rädern über einen Boden bewegen und zumindest ein gewisses Maß an Autonomie besitzen. AGVs sind von vielen Herstellern erhältlich (und daher relativ preiswert und mit der Wahrscheinlichkeit, dass ein Betreiber einer Produktionslinie bereits über geeignete AGVs verfügt), und sind in der Regel mit einer oberen Plattform versehen, die auftragsspezifische Ausrüstung tragen kann. Leider ist der Einsatz von AGV für den Wechsel von Zuführvorrichtung und Kassette aufgrund ihres Energiebedarfs problematisch. Insbesondere können sie nicht kontinuierlich Strom beziehen, es sei denn, sie sind entweder mit einem Kontaktdraht ausgestattet, der eine Stromschiene berührt (ähnlich wie zum Beispiel bei einer Straßenbahn oder einem Autoscooter), oder mit einer Energieführungskette, die andere AGV behindern, durch Abrieb beschädigt werden und ein Stolperrisiko für das Bedienpersonal darstellen könnte. Es ist daher notwendig, das AGV mit einer mobilen Energiequelle, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, auszustatten.
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Im Handel sind verschiedene Batterielösungen für AGV erhältlich, die jedoch Nachteile aufweisen, wenn es um die Automatisierung einer SMT-Linie geht:
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i) Feste Batterie
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Es ist möglich, ein AGV mit einer festen Batterie auszustatten. Um die Batterie aufzuladen, muss das AGV an eine Ladestation angeschlossen werden, was bedeutet, dass entweder ein Stecker zum AGV geführt werden muss (was ähnliche Probleme aufwirft wie die oben beschriebenen Energieführungsketten), oder das AGV muss zu einer Ladestation fahren. Diese Option kann zwar vollständig automatisiert werden, doch wenn mehr als ein AGV die Ladestation aufsuchen muss, kommt es zu Verzögerungen, da ein AGV auf das andere wartet, bis der Ladevorgang abgeschlossen ist. Außerdem kann die Verwendung kurzer Ladezyklen zur Vermeidung dieses Problems den Lebenszyklus der Batterie negativ beeinflussen.
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ii) Auswechselbare Batterie
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Alternativ kann ein AGV eine verbrauchte Batterie gegen eine voll geladene Batterie aus einem Batterielager austauschen, wobei dieser Austausch manuell oder automatisch erfolgen kann. Für den manuellen Austausch ist Bedienpersonal erforderlich, so dass das Ziel der Automatisierung der Fabrik verfehlt wird. Der automatische Austausch erfordert eine relativ teure Austauschstation mit komplexen Mechanismen für den physischen Austausch der Batterien.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein automatisiertes Stromversorgungssystem für mobile Roboter, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf AGVs, die mit einer SMT-Produktionsanlage verbunden sind, bereitzustellen, bei dem automatisch austauschbare Batterien verwendet werden, um Strom zu liefern, ohne dass eine teure Austauschstation erforderlich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass dasselbe Austauschstation, das vom mobilen Roboter für den Austausch von Zuführvorrichtungen / Kassetten verwendet wird, auch für den Austausch von Batterien verwendet wird, wodurch die Notwendigkeit teurer und komplexer Austauschmechanismen an einer Austauschstation entfällt. Insbesondere kann dies durch die Verwendung von austauschbaren Batterien realisiert werden, die mit der gleichen physikalischen Grenzfläche versehen sind wie die Zuführvorrichtungen / Kassetten, die von dem mobilen Roboter im Einsatz getragen werden.
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Der Einfachheit halber werden die folgenden Begriffe in diesem Dokument mit der folgenden Bedeutung verwendet:
- Unter „mobilen Robotern“ werden Roboterfahrzeuge einschließlich AGVs, AMRs sowie schienengeführte oder andere bahngebundene Fahrzeuge verstanden;
- Unter „Zuführvorrichtung“ sind sowohl Zuführvorrichtungen zu verstehen, die einen Bandspulenspeicher und ein Antriebssystem für den Vorschub des Trägerbandes umfassen, als auch modulare Kassetten-Zuführvorrichtungen, bei denen der Bandspulenspeicher und das Antriebssystem in separaten, ineinandergreifenden Kassetten- und Zuführvorrichtungsteilen untergebracht sind;
- X-, Y- und Z-Achse werden wie in der Technik üblich verwendet, wobei:
- die X-Achse parallel zur Richtung des Werkstücktransports entlang einer Produktionslinie verläuft, in stromabwärtiger Richtung ansteigt und im Wesentlichen horizontal ist,
- die Y-Achse orthogonal zur X-Achse verläuft, in Richtung der Bestückungsmaschine ansteigt und im Wesentlichen horizontal ist, und
- die Z-Achse, die orthogonal zur X- und Y-Achse verläuft, im Allgemeinen vertikal und nach oben hin ansteigt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mobiler Roboter zum Austausch von Zuführvorrichtungen mit einer Bestückungsmaschine bereitgestellt, wobei der mobile Roboter Folgendes aufweist:
- ein Zuführvorrichtungslager zur temporären Lagerung von Zuführvorrichtungen,
- einen Austauschmechanismus, der für den Transfer von Zuführvorrichtungen aus dem Zuführvorrichtungslager an eine Bestückungsmaschine konfiguriert ist,
- einen elektrischen Roboterkontakt zur Aufnahme elektrischer Energie von einer modularen Batterie, die für einen lösbaren und wiederholbaren Eingriff mit dem mobilen Roboter eingerichtet ist,
- wobei der Austauschmechanismus konfiguriert ist, um die modulare Batterie an ein externes Batterielager zu transferieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Batterie speziell zur Stromversorgung eines mobilen Roboters bereitgestellt, der konfiguriert ist, um Zuführvorrichtungen zu einer Bestückungsmaschine zu transferieren, wobei der mobile Roboter eine längliche Zuführschiene aufweist, in der eine jeweilige Zuführvorrichtung temporär gelagert werden kann, wobei die Batterie Folgendes aufweist:
- ein batterieseitiges Eingriffsmittel, das so konfiguriert ist, dass es lösbar und wiederholt in eine längliche Batterieschiene eingreift, die sich an dem mobilen Roboter befindet und parallel zu der länglichen Zuführschiene angeordnet ist, und
- einen elektrischen Batteriekontakt zur Versorgung des mobilen Roboters mit elektrischer Energie, wenn das batterieseitige Eingriffsmittel physisch in die längliche Batterieschiene eingreift.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine SMT-Produktionslinie bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
- eine Bestückungsmaschine,
- einen mobilen Roboter gemäß dem ersten Aspekt, und
- eine Ladestation zum Laden einer modularen Batterie gemäß dem zweiten Aspekt, um den mobilen Roboter mit Strom zu versorgen.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Austausch (Auswechseln) einer Batterie für einen mobilen Roboter bereitgestellt, wobei der mobile Roboter in der Lage ist, Zuführvorrichtungen mit einer Bestückungsmaschine auszutauschen und Folgendes aufweist:
- ein Zuführvorrichtungslager zur temporären Lagerung von Zuführvorrichtungen und
- einen Austauschmechanismus, der für den Transfer von Zuführvorrichtungen aus dem Zuführvorrichtungslager an eine Bestückungsmaschine konfiguriert ist,
- wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- i) Bewegen des mobilen Roboters zu einem Batterielager, und
- ii) Verwenden des Austauschmechanismus, um eine leere Batterie vom mobilen Roboter in das Batterielager zu transferieren.
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Weitere spezifische Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen (nicht maßstabsgetreu) beschrieben, in denen Folgendes gezeigt ist:
- 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht einen mobilen Roboter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Tragen von Zuführvorrichtungen, der sich einer Ladestation nähert;
- 2 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht den mobilen Roboter von 1, der sich einer anderen Art von Ladestation nähert;
- 3 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine erweiterte Ansicht der Eingriffsmittel einer Zuführvorrichtung und einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 zeigt schematisch die Batterie von 3 in perspektivischer Ansicht;
- 5 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine erweiterte Ansicht der Eingriffsmittel einer Zuführvorrichtung und einer Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 6 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht den mobilen Roboter von 1 mit seinem Austauschmechanismus;
- 7A-C zeigen schematisch von der Seite den Austauschmechanismus von 6 in verschiedenen Betriebszuständen; und
- 8 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Bestückungsmaschine, die als Ladestation verwendet wird.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht einen mobilen Roboter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Tragen von Zuführvorrichtungen 2, der sich einem externen Batterielager nähert, hier einer Ladestation 3, die sich innerhalb einer linienseitigen Lagerstation (LSS) 4 befindet. Genauer gesagt ist der mobile Roboter 1, der hier beispielsweise nur ein mobiler Roboter vom Typ AGV mit lenkbaren Rädern 5 ist, die eine Bewegung mit Bauteilen der horizontalen Bewegung entlang der dargestellten orthogonalen X- und Y-Achsen ermöglichen, mit einem Tisch 6 versehen, der mindestens eine Roboter-Zuführschiene 7 (hier sind fünf bereitgestellt) umfasst, wobei jede Roboter-Zuführschiene 7 von länglicher Form ist und sich parallel über die Oberfläche des Tisches 6 erstreckt. Wie weiter unten näher beschrieben wird, ist jede Roboter-Zuführschiene 7 profiliert, um einen lösbaren und wiederholbaren Eingriff mit einer Zuführvorrichtung 2 zu ermöglichen. Der Tisch 5 fungiert daher als Zuführvorrichtungslager für die temporäre Lagerung von Zuführvorrichtungen 2, zum Beispiel während sie zwischen der LSS 4 und einer Bestückungsmaschine (nicht dargestellt) oder zwischen einem separaten Zuführkarussell (nicht dargestellt) und der LSS 4 usw. transportiert werden. In 1 sind in drei der fünf Roboter-Zuführschienen 7 jeweils Zuführvorrichtungen 2 angeordnet. Darüber hinaus umfasst der Tisch 6 auch mindestens eine Roboter-Batterieschiene 8 (hier sind zwei bereitgestellt), wobei jede Roboter-Batterieschiene 8 von länglicher Form ist und sich parallel zu den Roboter-Zuführschienen 7 über die Oberfläche des Tisches 6 erstreckt. Wie weiter unten näher beschrieben wird, ist jede Roboter-Batterieschiene 8 so profiliert, dass sie einen lösbaren und wiederholbaren Eingriff mit einer Batterie 9 ermöglicht, insbesondere einer modularen Batterie, die für einen lösbaren und wiederholbaren Eingriff mit dem mobilen Roboter 1 eingerichtet ist. In 1 ist eine der Roboter-Batterieschienen 8 in Eingriff mit einer Batterie 9, die andere ist leer, aber ein Umriss einer Batterie 10 ist an der Stelle dargestellt, an der sich die Batterie 10 befinden würde.
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Wie im Folgenden näher beschrieben wird, kann jede Batterie 9 den mobilen Roboter 1 mit elektrischer Energie versorgen, wenn sie sich in einer entsprechenden Roboter-Batterieschiene 8 befindet. Das Vorhandensein von zwei Batterieschienen 8 ist daher vorteilhaft, da der mobile Roboter 1 die Betriebsenergie aus einer Batterie 9 beziehen kann, während eine leere Batterie an der Ladestation 3 ausgetauscht wird. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich - es kann beispielsweise auch eine einzige Roboter-Batterieschiene 8 verwendet werden, wenn der mobile Roboter 1 mit Hilfsmitteln (nicht dargestellt) ausgestattet ist, um während des Batteriewechsels Energie zu speichern, zum Beispiel mit einer separaten wiederaufladbaren Batterie oder einem Kondensator. Natürlich können auch mehr als zwei Roboter-Batterieschienen 8 vorgesehen werden, um eine zusätzliche Energieversorgung zu gewährleisten, doch wird dadurch Platz auf dem Tisch 6 verbraucht, der besser für Roboter-Zuführschienen 7 genutzt werden könnte.
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Darüber hinaus ist der mobile Roboter 1 mit einem Austauschmechanismus ausgestattet, der für den Transfer von Zuführvorrichtungen aus dem Zuführvorrichtungslager an eine Bestückungsmaschine konfiguriert ist; aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dies in 1 nicht dargestellt, sondern wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7A-C beschrieben.
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Die in 1 gezeigte LSS 4 befindet sich innerhalb einer SMT-Produktionslinie 11, die, wie in der Technik an sich bekannt ist, je nach Anwendungsfall eine oder mehrere Bestückungsmaschinen, Druckmaschinen, Inspektionsmaschinen, Reflow-Öfen usw. umfassen kann, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit keine dargestellt sind. In herkömmlicher Darstellung bewegen sich die von der Produktionslinie 11 bearbeiteten Werkstücke entlang der Produktionslinie 11 in der gezeigten X-Richtung, die Y-Richtung ist horizontal und orthogonal zur X-Richtung und daher mit der Breite der Produktionslinie verbunden, während die Z-Richtung sich vertikal nach oben erstreckt. Die LSS 4 umfasst einen LSS-Tisch 12, der mindestens eine LSS-Zuführschiene 13 (hier sind beispielhaft vier dargestellt) umfasst, wobei jede LSS-Zuführschiene 13 eine längliche Form aufweist und sich parallel über die Oberfläche des LSS-Tisches 12 erstreckt. Jede LSS-Zuführschiene 13 ist profiliert, um einen lösbaren und wiederholbaren Eingriff in eine Zuführvorrichtung 2 zu ermöglichen, und hat somit ein ähnliches Profil wie die Roboter-Zuführschienen 7. Der LSS-Tisch 12 fungiert daher als temporäres Lager für die Zuführvorrichtungen 2, zum Beispiel nachdem sie vom Zuführkarussell gekommen sind und auf ihren Einsatz an einer Bestückungsmaschine warten. Die LSS-Zuführschienen 13 erstrecken sich parallel zur Y-Achse von der Vorderseite der LSS 4. Wenn sich der mobile Roboter 1 der LSS 4 in der in 1 gezeigten Ausrichtung nähert, können daher die Zuführvorrichtungen zwischen dem mobilen Roboter 1 und der LSS 4 ausgetauscht werden, indem die Zuführvorrichtungen 2 zwischen benachbarten und ausgerichteten jeweiligen Roboter-Zuführschienen 7 und LSS-Zuführschienen 13 geschoben werden bzw. gleiten.
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Die LSS 4 umfasst auch ein Batterielager, in diesem Fall eine Ladestation 3, die eine LSS-Batterieschiene 14 umfasst, die sich auf dem LSS-Tisch 12 in einem dafür vorgesehenen Bereich befindet (hier an dem Ende der LSS 4, das am weitesten entlang der X-Achse liegt). Die LSS-Batterieschiene 14 hat eine längliche Form und erstreckt sich über die Oberfläche des LSS-Tisches 12 parallel zu den LSS-Zuführschienen 13. Die LSS-Batterieschiene 14 ist so profiliert, dass ein lösbarer und wiederholbarer Eingriff mit einer Batterie 9 möglich ist, und weist somit ein ähnliches Profil wie die Roboter-Batterieschienen 8 auf. Die Ladestation 3 fungiert daher als Lager für die temporäre Lagerung einer Batterie 9. Während eine Batterie 9 in der Ladestation 3 gelagert wird, kann sie automatisch von der Ladestation 3 aufgeladen werden, und zu diesem Zweck können elektrische Kontakte (nicht dargestellt) in der Nähe der LSS-Batterieschiene 14 vorgesehen sein, um in elektrische Kontakte einzugreifen, die an der in Eingriff befindlichen Batterie 9 vorgesehen sind, wie weiter unten beschrieben wird.
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Die LSS-Batterieschiene 14 erstreckt sich parallel zur Y-Achse von der Vorderseite der LSS 4. Wenn sich der mobile Roboter 1 der LSS 4 in der in 1 gezeigten Ausrichtung nähert, kann daher eine Batterie 9 zwischen dem mobilen Roboter 1 und der Ladestation 3 ausgetauscht werden, indem die Batterie 9 zwischen einer benachbarten und ausgerichteten jeweiligen Roboter-Batterieschiene 8 und der LSS-Batterieschiene 14 geschoben wird bzw. gleitet.
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Wenn der mobile Roboter 1 im Einsatz eine geladene Batterie 9 benötigt (was beispielsweise durch die Verwendung eines herkömmlichen Ladeüberwachungssystems (nicht dargestellt) bestimmt wird, das am mobilen Roboter 1 bereitgestellt und mit einem Steuerungssystem (nicht dargestellt) des mobilen Roboters 1 verbunden ist), bewegt sich der mobile Roboter 1 in der in 1 dargestellten Ausrichtung zur LSS 4, so dass die LSS-Batterieschiene 14 mit der leeren (d.h. ganz linken, wie in 1 dargestellt) Roboter-Batterieschiene 8 ausgerichtet ist. Eine geladene Batterie 9 kann dann mit Hilfe des Austauschmechanismus des mobilen Roboters von der LSS-Batterieschiene 14 zu der leeren Roboter-Batterieschiene 8 transferiert werden (wird weiter unten genauer beschrieben). Der mobile Roboter kann sich dann parallel zur X-Achse bewegen, um die äußerste rechte Roboter-Batterieschiene 8 mit der LSS-Batterieschiene 14 auszurichten. In dieser Position kann der Austauschmechanismus die leere Batterie zur LSS-Batterieschiene 14 schieben, wo sie wieder aufgeladen wird. Der mobile Roboter 1 kann dann je nach Bedarf mit anderen Aufgaben fortfahren.
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Obwohl hier nicht im Detail beschrieben, ist zu verstehen, dass die Bestückungsmaschine auch Maschinen-Zuführschienen umfasst, die sich parallel zu den LSS-Zuführschienen 13 erstrecken und ähnlich profiliert sind, so dass die Zuführvorrichtungen 2 zwischen dem mobilen Roboter 1 und der Bestückungsmaschine ausgetauscht werden können, indem die Zuführvorrichtungen 2 zwischen benachbarten und ausgerichteten Roboter-Zuführschienen 7 und den Maschinen-Zuführschienen geschoben werden.
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2 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht den mobilen Roboter 1 aus 1, der sich einer anderen Art von Ladestation 15 an einer LSS 16 nähert. Bei dieser Ladestation 15 sind zwei LSS-Batterieschienen 14, 14' vorgesehen, die sich jeweils parallel zu den LSS-Zuführschienen 13 erstrecken. Mit einer solchen Ladestation können zwei Batterien 9 gleichzeitig aufgeladen werden, was bei bestimmten Produktionslinien mit hohem Stromverbrauch oder wenn mehr als ein mobiler Roboter 1 diesen Abschnitt der Produktionslinie bedient, von Vorteil sein kann. Natürlich können in alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) je nach Bedarf noch weitere LSS-Batterieschienen 14, 14' vorgesehen werden. Idealerweise sollte jedoch die Anzahl der LSS-Batterieschienen 14, 14' so weit wie möglich minimiert werden, um den in der LSS 16 verfügbaren Platz für LSS-Zuführschienen 13 zu maximieren.
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3 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine erweiterte Ansicht der Eingriffsmittel einer Zuführvorrichtung 2 und einer Batterie 9 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Zuführvorrichtung 2 weist eine profilierte Zuführvorrichtungs-Nut 20 auf, die in ihrer Basis (d.h. der Seite, die sich im Gebrauch an der niedrigsten Z-Position befindet) ausgebildet ist und sich zumindest teilweise entlang der Länge (d.h. der Abmessung, die sich im Gebrauch parallel zur Y-Achse erstreckt) der Zuführvorrichtung 2 erstreckt. Die profilierte Zuführvorrichtungs-Nut 20 ist so dimensioniert, dass sie genau um ein profiliertes Zuführungselement 21 herum passt, das von der oberen Oberfläche einer entsprechenden Roboter-Zuführschiene 7 oder LSS-Zuführschiene 13 vorsteht. Da das Profil der Roboter-Zuführschienen 7 und der LSS-Zuführschienen 13 ähnlich ist, könnte die dargestellte Schiene entweder die Roboter-Zuführschiene 7 oder die LSS-Zuführschiene 13 sein, daher die Kennzeichnung dieser Schiene in 3 als „7 / 13“.
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In ähnlicher Weise umfasst die Batterie 9 ein batterieseitiges Eingriffsmittel in Form einer profilierten Batterie-Nut 22, die in ihrer Basis (d.h. der Seite, die sich im Gebrauch an der niedrigsten Z-Position befindet) ausgebildet ist und sich zumindest teilweise entlang der Länge (d.h. der Abmessung, die sich im Gebrauch parallel zur Y-Achse erstreckt) der Batterie 9 erstreckt. Die profilierte Batterie-Nut 22 ist so dimensioniert, dass sie genau um ein profiliertes Batterieelement 23 herum passt, das von der oberen Oberfläche einer entsprechenden Roboter-Batterieschiene 8 oder LSS-Batterieschiene 14 vorsteht. Da das Profil der Roboter-Batterieschienen 8 und der LSS-Batterieschienen 14 ähnlich ist, könnte die dargestellte Schiene entweder die Roboter-Batterieschiene 8 oder die LSS-Batterieschiene 14 sein, daher die Kennzeichnung dieser Schiene in 3 als „8 / 14“.
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Die Batterie 9 weist elektrische Batteriekontakte 24 auf, die sich auf der unteren Oberfläche der Batterie 9 befinden, benachbart zur profilierten Batterie-Nut 22, die sowohl zur Stromversorgung externer Geräte als auch zur Aufnahme von Strom zum Aufladen der Batterie 9 verwendet werden können. Elektrische Schienenkontakte 55 sind benachbart zu dem profilierten Batterieelement 23 in einer ähnlichen relativen Position wie die Batteriekontakte 24 vorgesehen, um mit den Batteriekontakten 24 in Kontakt zu treten und so elektrische Energie aufzunehmen (im Falle der LSS-Batterieschiene 14) oder an diese abzugeben (im Falle der Roboter-Batterieschiene 8), wenn die Batterie 9 vollständig in die jeweilige Batterieschiene 8, 14 eingreift.
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Die in 3 dargestellten Profile für die Batterie- und Zuführvorrichtungs-Nuten sind nur beispielhaft, und viele Variationen sind möglich. In allen Fällen ist es jedoch wichtig, dass die jeweilige Batterie oder Zuführvorrichtung durch den Austauschmechanismus des mobilen Roboters 1 wiederholbar und lösbar in die jeweilige Schiene eingreifen kann, zum Beispiel durch Einschieben, und dass die Zuführvorrichtung oder Batterie, sobald sie physisch in die Schiene eingreift, ausreichend gut gehalten wird, um ein unbeabsichtigtes Lösen zu verhindern.
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4 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht die Batterie 9 von 3, wobei die profilierte Batterie-Nut 22 und die Batteriekontakte 24 an der Basis der Batterie 9 dargestellt sind. Die Batterie 9 umfasst ein Austauschteil 25, das in den Austauschmechanismus des mobilen Roboters 1 eingreift und hier als Vertiefung in der oberen Oberfläche 26 der Batterie 9 ausgebildet ist. Durch die vertiefte Form des Austauschteils 25 entstehen zwei innere Seitenwände 27, 28 der Vertiefung, die einander zugewandt und im Gebrauch in Y-Richtung beabstandet sind. Diese inneren Seitenwände 27, 28 bieten dem Austauschmechanismus Halt, so dass der Austauschmechanismus, wie unten näher beschrieben, die Batterie 9 in Y-Richtung drücken kann, indem er gegen die Seitenwand 27 drückt, und die Batterie 9 in die entgegengesetzte Richtung ziehen kann, indem er gegen die Seitenwand 28 zieht.
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Das gezeigte Austauschteil 25 ist nur eine von vielen möglichen Ausführungen. Das Austauschteil könnte zum Beispiel ein vorstehende Element umfassen, das wiederum durch den Austauschmechanismus geschoben oder gezogen werden kann. In einer besonders einfachen Variante könnte das Gehäuse der Batterie 9 als Austauschteil fungieren, wobei die vordere Wand (die am nächsten dargestellte Seite) zum Schieben der Batterie 9 in Y-Richtung und die hintere Wand (gegenüber der vorderen Wand) zum Ziehen der Batterie 9 in die entgegengesetzte Richtung verwendet wird, je nach Gestaltung des Austauschmechanismus.
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Es versteht sich auch, dass die Zuführvorrichtungen 2 mit ähnlichen Austauschteilen versehen sind, dass die Zuführvorrichtungen 2 auch geschoben oder gezogen werden können, wie es der Austauschmechanismus erfordert.
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5 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine erweiterte Ansicht der Eingriffsmittel einer Zuführvorrichtung 2 und einer Batterie 9 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist die Zuführvorrichtung 2 identisch mit der von 3, ebenso wie das profilierte Zuführungselement 21. In dieser Ausführungsform weist die Batterie 9 jedoch eine profilierte Batterie-Nut 32 auf, die eine ähnliche Form wie die profilierte Zuführvorrichtungs-Nut 20 aufweist, und die Schiene 8 / 14 weist ein profiliertes Batterieelement 33 auf, das eine ähnliche Form wie das profilierte Zuführungselement 21 aufweist. Mit solchen ähnlichen Profilen ist es möglich, dass eine Batterie 9 zumindest temporär auf einer Zuführschiene 7 / 13 und eine Zuführvorrichtung 2 zumindest temporär auf einer Batterieschiene 8 / 14 angeordnet werden kann. Eine solche Anordnung ermöglicht eine zusätzliche Flexibilität im System und optimiert die Nutzung der freien Gleise. So könnte beispielsweise eine voll geladene Batterie 9 temporär auf einer Zuführschiene 7 / 13 liegen, bis sie benötigt wird, eine leere Batterie 9 könnte temporär auf einer Zuführschiene 7 / 13 liegen, bis eine LSS-Batterieschiene 13 verfügbar wird, und eine Zuführvorrichtung könnte temporär auf einer Batterieschiene 8 / 14 liegen, bis sie gebraucht wird, usw.
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6 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht den mobilen Roboter 1 von 1 mit seinem Austauschmechanismus 40. Der Übersichtlichkeit halber ist der mobile Roboter 1 ohne Zuführvorrichtung 2, Batterien 9 oder ein eventuell vorhandenes Gehäuse dargestellt. Der Austauschmechanismus 40 umfasst eine vordere Brücke 41 und eine hintere Brücke 42, die sich über dem Tisch 6 parallel zur X-Achse erstrecken, wie dargestellt. Die vordere und hintere Brücke 41, 42 werden von aufrechten Stützen 43 getragen, die vom Tisch 6 nach oben ragen. Die vordere Brücke 41 trägt einen vorderen Schlitten 44 und die hintere Brücke 42 trägt einen hinteren Schlitten 45, die jeweils entlang der Länge der jeweiligen Brücke 41, 42 beweglich sind. Beispielsweise kann jede der vorderen und hinteren Brücken 41, 42 eine drehbare Schraube aufweisen, die in Bezug auf ihre Stützen 43 drehbar ist, so dass sich der vordere und der hintere Schlitten gemeinsam entlang der jeweiligen vorderen und hinteren Brücke 41, 42 bewegen. Alternativ können der vordere und der hintere Schlitten 44, 45 unabhängig voneinander entlang der jeweiligen vorderen und hinteren Brücke 41, 42 durch einen Linearmotor oder herkömmliche Alternativen angetrieben werden. Zwischen dem vorderen und dem hinteren Schlitten 44, 45 ist ein als Schleife geführter Riemenantrieb 46 aufgehängt, der wiederum einen Balken 47 trägt, so dass sich der Balken 47 und der Riemenantrieb 46 beide im Wesentlichen parallel zu den Roboter-Zuführschienen 7 erstrecken. Ein Aktuator (nicht abgebildet) ist bereitgestellt, um den Riemenantrieb 46 wahlweise entweder vorwärts oder rückwärts zu drehen, was wiederum eine Bewegung des Balkens 47 parallel zur abgebildeten Y-Achse je nach Bedarf in beide Richtungen bewirkt. Der Balken 47 trägt ein Paddel 48, das bei Benutzung je nach Bedarf in das Austauschteil einer Zuführvorrichtung 2 oder einer Batterie 9 eingreifen kann, um dieses zu schieben oder zu ziehen. Durch die gemeinsame Bewegung des Balkens 47 parallel zur Y-Achse und die Bewegung der Schlitten 44, 45 parallel zur X-Achse kann das Paddel 48 je nach Bedarf in der X-Y-Ebene bewegt werden.
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7A-C zeigen schematisch von der Seite den Austauschmechanismus 40 von 6 im Detail und in verschiedenen Betriebszuständen. Betrachtet man zunächst 7A, die den Austauschmechanismus 40 in einer eingefahrenen Konfiguration zeigt, wie sie während der Fahrt des mobilen Roboters 1 verwendet werden kann, so ist zu erkennen, dass der Balken 47 einen oberen Arm 49 und einen unteren Arm 50 trägt, die beide relativ zum Balken 47 in einer Richtung parallel zur dargestellten Y-Achse beweglich sind. Jeder der oberen und unteren Arme 49, 50 umfasst eine Zahnstange, die in ein schwenkbar am Balken 47 befestigtes Zahnrad 51 eingreift. Der obere Arm 49 wird durch ein Gestänge 52 relativ zum Riemenantrieb 46 fest gehalten. Das Paddel 48 ist direkt am unteren Arm 50 aufgehängt.
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In 7B wird das Paddel 48 in eine intermediäre Konfiguration gebracht. Dies wird erreicht, indem der Balken 47 durch den Riemenantrieb 46 in Y-Richtung bewegt wird. Der obere Arm 49, der durch das Gestänge 52 an der Bewegung gehindert wird, greift in das Zahnrad 51 ein und bewirkt eine Drehung des Zahnrads 51 im Uhrzeigersinn, wodurch sich der untere Arm 50 mit dem Paddel 48 in Y-Richtung relativ zum Balken 47 bewegt.
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7C zeigt das Paddel 49 in einer vollständig ausgefahrenen Konfiguration, wobei der Balken 47 vollständig in Y-Richtung bewegt wurde. Es ist zu erkennen, dass der Verfahrbereich des Paddels 48 bei Verwendung eines solchen Doppelarm-Mechanismus etwa doppelt so groß ist wie der Verfahrbereich des Balkens 47. Diese Art von Mechanismus ermöglicht es, das Paddel 48 außerhalb der Stellfläche des mobilen Roboters 1 zu bewegen, so dass Zuführvorrichtungen oder Batterien je nach Bedarf vollständig in die LSS- oder Bestückungsmaschine eingesetzt und aus ihr entfernt werden können.
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Um das Paddel 48 in ein Austauschteil 25 zu bewegen, kann das Paddel neben die Zuführvorrichtung 2 oder die Batterie 9 bewegt und angetrieben werden, bis es mit dem Austauschteil 25 ausgerichtet ist, und dann seitlich in die Aussparung des Austauschteils bewegt werden. Der Vorgang kann in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, um das Paddel 48 aus dem Austauschteil 25 herauszunehmen.
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Während in der obigen Beschreibung das externe Batterielager Teil einer LSS ist, ist dies nicht die einzige Möglichkeit. In einigen Ausführungsformen können zum Beispiel einzelne Bestückungsmaschinen das externe Batterielager umfassen und selbst mit einer Batterieladefunktion ausgestattet sein.
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8 zeigt schematisch eine solche Bestückungsmaschine 60 innerhalb einer SMT-Produktionslinie 11. Die Bestückungsmaschine 60 ist mit einer Mehrzahl von Zuführvorrichtungs- / Batterie-Schienen 61 versehen, die sowohl Batterien 9 als auch Zuführvorrichtungen 2 aufnehmen können - in dieser Ausführungsform ist es daher wesentlich, dass die profilierten Nuten und Elemente der Batterie und der Zuführvorrichtung ähnliche Formen aufweisen, beispielsweise wie in 5 dargestellt. Eine solche Bestückungsmaschine 60 umfasst elektrische Schienenkontakte (ähnlich den in 5 gezeigten elektrischen Schienenkontakten 55) an jeder der Zuführvorrichtungs- / Batterie-Schienen 61, die in der Lage sein können, eine Zuführvorrichtung 2 oder eine Batterie 9, die sich innerhalb der jeweiligen Zuführvorrichtungs- / Batterie-Schiene 61 befindet, mit Strom zu versorgen.
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Alternativ kann eine Bestückungsmaschine mit einer speziellen Ladestation ausgestattet sein, ähnlich den in 1 und 2 gezeigten Ladestationen 3, 15, die vom Tisch der Zuführvorrichtung der Bestückungsmaschine getrennt ist.
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Die Ausstattung von Bestückungsmaschinen auf diese Weise mit Batterielagern hat zwar den Nachteil, dass der Platz in der Bestückungsmaschine, der sonst für Zuführvorrichtungen hätte genutzt werden können, verringert wird, andererseits wird aber auch der Bedarf an einer LSS oder zumindest einer LSS mit Ladestation für Batterien reduziert, was bei bestimmten Produktionslinien zu einem insgesamt wirtschaftlicheren System führen kann.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft, und andere Möglichkeiten und Alternativen innerhalb des Umfangs der Erfindung werden für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein.
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Das externe Batterielager könnte beispielsweise eine separate „Puffer“-Station aufweisen, in der Batterien temporär gelagert werden, bevor sie zu einer entfernten Ladestation gebracht werden, sei es durch einen mobilen Roboter oder auf andere Weise.
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Verwendete Bezugszeichen:
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- 1
- Mobiler Roboter
- 2
- Zuführvorrichtungen
- 3, 15
- Ladestation
- 4, 16
- Linienseitige Lagerstation (LSS)
- 5
- Räder
- 6
- Tisch
- 7
- Roboter-Zuführschiene
- 8
- Roboter-Batterieschiene
- 9
- Batterie
- 10
- Batterie
- 11
- SMT-Produktionslinie
- 12
- LSS-Tabelle
- 13
- LSS-Zuführschiene
- 14, 14'
- LSS-Batterieschiene
- 20
- Profilierte Zuführvorrichtungs-Nut
- 21
- Profiliertes Zuführungselement
- 22, 32
- Profilierte Batterie-Nut
- 23, 33
- Profiliertes Batterieelement
- 24
- Batteriekontakte
- 25
- Austauschteil
- 26
- Obere Oberfläche
- 27, 28
- Innere Seitenwände
- 40
- Austauschmechanismus
- 41
- Vordere Brücke
- 42
- Hintere Brücke
- 43
- Stützen
- 44
- Vorderer Schlitten
- 45
- Hinterer Schlitten
- 46
- Riemenantrieb
- 47
- Balken
- 48
- Paddel
- 49
- Oberer Arm
- 50
- Unterer Arm
- 51
- Zahnrad
- 52
- Gestänge
- 55
- elektrische Schienenkontakte
- 60
- Bestückungsmaschine
- 61
- Zuführvorrichtungs- / Batterie-Schiene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1020191272998 [0005]
- EP 3419402 A1 [0008]
