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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Handhabens,
insbesondere des Greifens, mindestens eines handzuhabenden Teils, insbesondere
mindestens eines auf einer Leiterplatte montierten Gehäuserahmens.
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Stand der
Technik
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Bei
konventionellerweise am Markt angebotenen Vorrichtungen zum Handhaben,
insbesondere zum Greifen, von handzuhabenden Teilen ist eine Kompensation
der Lagetoleranz der handzuhabenden Teile nicht vorgesehen.
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Aus
diesem Grunde wird versucht, mit komplexen Systemen, wie etwa mit
Kameras oder dergleichen, die Lagetoleranz des handzuhabenden Teils
zu ermitteln. Hierbei wird die Abweichung von der idealen Nullage
errech net und dem Handlingsystem (kartesisches Achssystem oder Roboter)
als Offsetwert übergeben;
mit diesen Werten wird dann die korrigierte Holposition angefahren.
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So
ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 198 49 720 A1 eine Vorrichtung
sowie ein Verfahren zum präzisen
Positionieren und Fügen
eines Bauteils auf einer Fügeposition
einer Montageebene offenbart. Hierzu ist ein Handhabungsgerät mit Grob-Positionierantrieb,
ein Greifsystem mit Fein-Positionierantrieb sowie ein Meß- und Auswertesystem
- – zum
Ermitteln der Fügeposition
und der Bauteilposition des vom Greifer des Greifsystems gehaltenen
Bauteils sowie
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Berechnen einer Positionsabweichung zwischen Fügeposition und Bauteilposition
und damit eines Korrekturwerts zum Steuern des Grob- und Fein-Positionierantriebs
vorgesehen.
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In
der Druckschrift
DE
100 12 081 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zum präzisen
automatischen Positionieren eines Bauteils auf einer Fügeposition
einer Montageebene mittels eines Greifers offenbart, der mittels
eines Greifantriebs und mittels eines Fein-Positionierantriebs eines
Handhabungsgeräts
(Roboterwerkzeug) verstellbar ist; des weiteren ist bei der Vorrichtung
sowie beim Verfahren gemäß der Druckschrift
DE 100 12 081 A1 ein
optisches Meß-
und Bildverarbeitungssystem zum Ermitteln der Fügeposition und der Bauteilposition
des vom Greifer gehaltenen Bauteils vorgesehen, wobei die Fügeposition
und die Bauteilposition oder eine auf das Bauteil bezogene Referenzposition
sequentiell von einem Werkzeugmeßobjektiv des optischen Meßsystems
abgebildet sowie gemessen werden und in einem Speicher gespeicherte
Abbildungen der gemessenen Positionen vom Bildverarbeitungssystem
in Übereinstimmung
gebracht werden, wobei eine Stellgröße für eine durch den Greiferantrieb
auszuführende
Positionskorrektur gewonnen wird.
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Darstellung der Erfindung:
Aufgabe, Lösung,
Vorteile
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Ausgehend
von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten
sowie unter Würdigung
des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Handhaben, insbesondere
zum Greifen, mindestens eines handzuhabenden Teils, insbesondere
mindestens eines auf einer Leiterplatte montierten Gehäuserahmens, bereitzustellen,
wobei in bezug auf das handzuhabende Teil auftretende Lagetoleranzen
kompensiert werden sollen, ohne daß ein Erfassen und Auswerten der
Lageabweichung(en) des handzuhabenden Teils erforderlich ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch
1 genannten Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch
7 genannten Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Mithin
liegt der Kern der vorliegenden Erfindung darin, daß das erste
Greifmodul, das zweite Greifmodul und/oder das dritte Greifmodul
zum Erfüllen
von Handlingaufgaben mit Toleranzkompensation jeweils in einer zur
jeweiligen Greifrichtung im wesentlichen senkrechten Orientierung
beweglich, insbesondere schwimmend, ausgebildet sind.
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Der
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht also darauf, daß die schwimmende
Lagerung der mindestens zwei, vorzugsweise drei, Greifmodule sämtliche
Toleranzen in bezug auf die Fügeposition
des handzuhabenden Teils ausgleicht. Das handzuhabende Teil ist
in bevorzugter Weise mindestens ein eigenstabiles Werkstück, das
somit eine Gegenkraft zur erforderlichen Auslenkkraft bzw. zu beim
Handhaben des handzuhabenden Teils auftretenden Querkräften aufbringt.
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Indem
das erste Greifmodul zum zweiten bzw. dritten Greifmodul um neunzig
Grad gedreht angeordnet ist, verriegeln sich die Greifmodule nach dem
Greifvorgang positionsgenau zueinander, wodurch die Lagetoleranz
des handzuhabenden Teils sicher und zuverlässig in den schwimmenden Greifer übernommen
wird. Weitere Montage- und Fügevorgänge sind
demzufolge ohne zusätzliche
Positionier- und Fügehilfen
möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung weisen
die beweglich, insbesondere schwimmend, gelagerten Greifmodule jeweils
mindestens ein Paar von zweckmäßigerweise
zangenartig ausgebildeten und/oder zangenartig wirkenden Greifarmen,
Greifbacken oder Greifflächen
auf.
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Dieses
jeweils mindestens eine Paar von Greifarmen, Greifbacken oder Greifflächen kann
im geschlossenen Zustand des jeweiligen Greifmoduls in erfindungswesentlicher
Weise entlang der jeweiligen flächigen
Erstreckung des eigenstabilen Werkstücks (= des handzuhabenden Teils)
an eben dieser jeweiligen flächigen
Erstreckung drückend
bzw. klemmend bzw. pressend angreifen.
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Der
Fachmann auf dem vorliegenden technischen Gebiet wird im Hinblick
auf die vorliegende Erfindung insbesondere als vorteilhaft zu schätzen wissen,
daß mit
dem vorstehend dargelegten Greiferkonzept alle am handzuhabenden
Teil vorhandenen individuellen Toleranzwerte in die Greifervorrichtung übernommen
und dort verriegelt werden. Greifervorrichtung und handzuhabendes
Teil stehen hierbei zweckmäßigerweise
im gleichen Maschinennullpunkt.
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Im
Hinblick auf die vorliegende Erfindung ist als weiterer Vorteil
zu konstatieren, daß im
Rahmen des Ablaufs des Verfahrens gemäß der vorlie genden Erfindung
und in Abgrenzung zum eingangs zitierten Stand der Technik ein Erfassen
und Berechnen der Lageabweichung sowie ein Nachführen der Achssysteme um den
errechneten Offsetwert nicht erforderlich ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung mindestens
einer Vorrichtung gemäß der vorstehend
dargelegten Art und/oder eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art
beim insbesondere umlaufenden Trennen mindestens eines Gehäuserahmens
mit mindestens einer Leiterplatte vom restlichen Material der Leiterplatte.
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Bei
dieser Art der Verwendung kann der Gehäuserahmen mit der Leiterplatte
vom restlichen Material der Leiterplatte vorzugsweise mittels Fräsens getrennt
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Wie
bereits vorstehend erörtert,
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den Ansprüchen 1 und
7 nachgeordneten Ansprüche
verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand des durch
die 1 bis 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 in schematischer Unteransicht
ein Ausführungsbeispiel
einer gemäß dem Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 in schematischer Seitenansicht
entlang der Sichtlinie II aus 1 die
Vorrichtung aus 1;
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3 in schematischer Aufsicht
ein Ausführungsbeispiel
eines mittels der gestrichelt angedeuteten Vorrichtung aus 1 und 2 verfahrensgemäß handzuhabenden Teils;
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4 in schematischer Unteransicht
die Vorrichtung aus 1 und 2 in technisch detaillierter Wiedergabe;
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5 in schematischer Schnittansicht
entlang der Schnittlinie V-V aus 4 die
Vorrichtung aus 1, 2 und 4 in technisch detaillierter Wiedergabe
mit dem verfahrensgemäß gehandhabten,
insbesondere gegriffenen, Teil aus 3;
und
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6 in angerissener schematischer
Vorderansicht entlang der Sichtlinie V1 aus 4 die Vorrichtung aus 1, 2, 4 und 5 in technisch detaillierter Wiedergabe.
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Gleiche
oder ähnliche
Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in den 1 bis 6 mit identischen
Bezugszeichen versehen.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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Mit
der anhand der 1 bis 6 exemplarisch veranschaulichten,
gemäß dem Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitenden Vorrichtung 100 kann ein handzuhabendes
Teil (= in erfindungswesentlicher Weise ein eigenstabiles Werkstück 200) gehandhabt,
nämlich
gegriffen werden. Bei diesem zu greifenden Produkt 200 handelt
es sich um einen Gehäuserahmen
bzw. ein Chassis 210, der bzw. das auf einer Leiterplatte 220 montiert
und verlötet
ist.
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Bei
diesen Fertigungsschritten des Montierens und des Verlötens entsteht
eine Lageungenauigkeit des Gehäuserahmens 210 zu
einem Nullpunkt (= Referenzposition R; vgl. 1 und 2)
der Leiterplatte 220 bzw. zu zwei in der Leiterplatte 220 vorgesehenen
Indexierbohrungen 222, 224 (vgl. 2 und 3).
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In
einem weiteren Schritt des Fertigungsprozesses soll nun der Gehäuserahmen 210 mit
der sogenannten Nutzleiterplatte (= Bereich der Leiterplatte 220,
der sich innerhalb des Gehäuserahmens 210 befindet
sowie unmittelbar an den Gehäuserahmen 210 angrenzt)
durch Fräsen
entlang einem Fräsgraben 226 (vgl. 1, 2 und 3)
vom restlichen Leiterplattenmaterial (= Bereich der Leiterplatte 220,
der sich außerhalb
des Gehäuserahmens 210 befindet
= sogenannter Abfallrahmen) umlaufend getrennt werden.
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In 3 ist des weiteren durch
das Bezugszeichen 228 der Anbindesteg zwischen der Nutzleiterplatte
und dem Abfallrahmen bezeichnet.
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Hierzu
wird die Leiterplatte 220 vorbereitend über die beiden Zentrierbohrungen 222, 224 positioniert,
so daß der
Nullpunkt R der Leiterplatte 220 im sogenannten Maschinennullpunkt
(= Referenzposition der Vorrichtung 100) liegt. Mittels
der Greifvorrichtung 100 ist nun das Chassis 210 am Rahmen
zu greifen und positionsgenau während
des Fräsvorgangs
zu halten und aufzunehmen.
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Zu
diesem Zwecke weist die Vorrichtung 100 drei Greifermodule 30, 32, 34 auf,
die auf der Unterseite 10u einer plattenförmigen Grundeinheit 10 der Vorrichtung 100 positioniert
sind.
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Die
Darstellung gemäß den 1 und 2 zeigt die drei Greifermodule 30, 32, 34 hierbei
jeweils in einer Stellung, in der die paarweise und in zweckmäßiger Form
zangenartig ausgebildeten sowie zangenartig wirkenden Greifarme,
deren flächige
Greifbacken im geschlossenen Zustand (vgl. 5) entlang der jeweiligen flächigen Erstreckung
des handzuhabenden Gehäuserahmens 210 drückend angreifen
und/oder diese jeweilige flächige
Erstreckung von beiden Seiten einklemmen, jeweils geöffnet sind.
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Das
erste Greifmodul 30 ist zum Greifen des handzuhabenden
Gehäuserahmens 210 entlang
einer ersten Erstreckung desselben bestimmt, die sich parallel zur
x-Achse erstreckt.
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Das
zweite Greifmodul 32 ist zum Greifen des handzuhabenden
Gehäuserahmens 210 entlang einer
zweiten Erstreckung desselben bestimmt, die sich parallel zur y-Achse
erstreckt (x-Achse und y-Achse stehen lotrecht aufeinander; vgl. 1).
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Das
dritte Greifmodul 34 ist zum Greifen des handzuhabenden
Gehäuserahmens 210 entlang
einer dritten Erstreckung desselben bestimmt, die sich ebenfalls
parallel zur y-Achse erstreckt.
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Jedes
einzelne dieser drei Greifmodule 30, 32, 34 ist
erfindungsgemäß beweglich,
nämlich schwimmend
gelagert.
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In
diesem Zusammenhang läßt das erste Greifmodul 30 einen
durch einen Doppelpfeil in den 1 und 2 angedeuteten Toleranzausgleich
in Richtung der y-Achse zu, das heißt das erste Greifmodul 30 ist
für ein
Kompensieren der Lagetoleranz des handzuhabenden Gehäuserahmens 210 in
Richtung parallel zur y-Achse ausgelegt.
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Hierzu
weist das erste Greifmodul 30 einen ersten Greifantrieb 40 (vgl. 1 und 5) auf, mittels dessen das erste Greifmodul 30 in
Bewegungsrichtung parallel zur y-Achse auslenkbar ist.
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Entsprechend
erlauben die unter einem Winkel von neunzig Grad zum ersten Greifmodul 30 sowie
parallel zueinander angeordneten zweiten und dritten Greifmodule 32, 34 jeweils
einen durch einen jeweiligen Doppelpfeil in 1 angedeuteten Toleranzausgleich in Richtung
der x-Achse, das heißt
das zweite Greifmodul 32 und das dritte Greifmodul 34 sind
unabhängig
voneinander für
ein Kompensieren der Lagetoleranz des handzuhabenden Gehäuserahmens 210 in
Richtung parallel zur x-Achse ausgelegt.
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Hierzu
- – weist
das zweite Greifmodul 32 einen zweiten Greifantrieb 42 (vgl. 1, 2 und 6)
auf, mittels dessen das zweite Greifmodul 32 in Bewegungsrichtung
parallel zur x-Achse auslenkbar ist, und
- – weist
das dritte Greifmodul 34 einen dritten Greifantrieb 44 (vgl. 1, 5 und 6)
auf, mittels dessen das dritte Greifmodul 34 ebenfalls
in Bewegungsrichtung parallel zur x-Achse auslenkbar ist.
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Die
Vorrichtung 100 weist auf der von den drei Greifmodulen 30, 32, 34 abgewandten
Oberseite 10o der Grundeinheit 10 zwei einem Greiferwechselsystem
zugeordnete Anschlußteile 20, 22 auf,
die jeweils im Mittelpunkt auf der Grundplatte 10 als Flansch
ausgebildet sind. Dies erlaubt in erfindungswesentlicher Weise die
Nutzung von unterschiedlichen Greifsystemen bei automatischem Werkzeugwechsel,
insbesondere bei automatischem Greiferwechsel.
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Nachdem
vorstehend ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 100 (→ sogenannter "schwimmender Greifer") gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben wurde, wird nachstehend die Arbeits- und Funktionsweise
dieser Vorrichtung 100 beim Chassis-Handling in der Leiterplattenfräse nach
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht:
Beim Handhabungsvorgang, insbesondere
Greifvorgang, fährt
das Greifsystem 100 in den gleichen Maschinennullpunkt
R, in dem die Leiterplatte 220 mit dem zu fassenden Gehäusechassis 210 bereits
positioniert ist. Hierbei wird ein genaues Ansteuern der relativen
Position zwischen der Vorrichtung 100 und dem handzuhabendem
Gegenstand 200 durch die beiden als Bohrungen ausgebildeten
Markierungen 222, 224 in der Leiterplatte 220 gewährleistet.
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Im
nächsten
Verfahrensschritt werden das zweite Greifmodul 32 und das
dritte Greifmodul 34 gleichzeitig und parallel durch Schließen verriegelt. Das
zweite Greifmodul 32 und das dritte Greifmodul 34 lenken
aufgrund der separaten schwimmenden Lagerung entsprechend der vorliegenden
Toleranz des Gehäuserahmens 210 in
x-Richtung aus. Nach Beendigung des Schließ- bzw. Verriegelungsvorgangs
des zweiten Greifmoduls 32 und des dritten Greifmoduls 34 ist
diese Toleranz vollkommen kompensiert.
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Nun
erfolgt der Schließ-
bzw. Verriegelungsvorgang des ersten Greifermoduls 30 mit
Toleranzkompensation in y-Richtung. Hierbei lenkt das erste Greifmodul 30 aufgrund
der schwimmenden Lagerung entsprechend der vorliegenden Toleranz
des Gehäuserahmens 210 in
y-Richtung aus. Nach Beendigung des Schließ- bzw. Verriegelungsvorgangs des
ersten Greifmoduls 30 ist auch diese Toleranz vollkommen
kompensiert.
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Des
weiteren ist nach Beendigung des Greifvorgangs des zweiten Greifmoduls 32 und
des dritten Greifmoduls 34 die Auslenkung in y-Richtung
für das erste
Greifmodul 30 verriegelt. Ebenso ist nach Beendigung des
Greifvorgangs des ersten Greifmoduls 30 die Auslenkung
in x-Richtung für
das zweite Greifmodul 32 und für das dritte Greifmodul 34 verriegelt.
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Das
Produkt 200 (im Falle dieses Ausführungsbeispiels die Leiterplatte 220 mit
montiertem Rahmen 210) ist als eigenstabiles Werkstück eine starre
Einheit, die somit die Gegenkraft zur erforderlichen Auslenkkraft aufbringt.
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Grundsätzlich ist
der Einsatz des vorstehend dargelegten Greiferkonzepts an allen
Gerätechassis mit
Standardgehäuse,
zum Beispiel mit 1 DIN-Chassis, realisierbar.