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Diese Anmeldung beansprucht das Vorrecht bzw. die Priorität
aus der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2002-124787,
angemeldet am 25. April 2002, deren gesamter Inhalt durch
Bezugnahme hierauf hier mit aufgenommen wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Anschraubvorrichtung zum Anschrauben von Schrauben wie Schraubenbolzen und
einer Mutter an ein Werkstück.
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Als Vorrichtung zum automatischen Anschrauben von Schrauben
ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Mutterspindel besitzt,
die an einem freien Endabschnitt eines Arms eines gelenkigen
Roboters vorgesehen ist. Die Mutterspindel ist üblicherweise
mit einem Antriebsmotor und mit einem
Schraubeneinsatzabschnitt (Bit), der an einer Antriebswelle des Antriebsmotors
befestigt ist, versehen. Wenn der Antriebsmotor mit einem
Schraubenbolzen und einer um den Einsatzabschnitt herum
angebrachten Mutter gedreht wird, erfolgt das Anziehen des
Schraubenbolzens und dergleichen bei einer hohen Geschwindigkeit mit
Leichtigkeit.
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Bei einer solchen herkömmlichen Anschraubvorrichtung nimmt der
Roboter, der die Mutterspindel trägt, über die Mutterspindel
eine Arbeitskraft (Reaktionskraft) hinsichtlich des
Festziehens eines Schraubenbolzens und dergleichen auf. Deshalb muß
ein Arm eine hohe Steifigkeit besitzen, so daß selbst ein
freier Endabschnitt des Arms der Reaktionskraft widerstehen
kann. Folglich wird die Verwendung eines groß dimensionierten
Roboters notwendig. Die Verwendung eines solchen Roboters
erfordert viel Platz und kostet viel.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine platzsparende
und kostengünstige Anschraubvorrichtung bereitzustellen, indem
eine rationelle und einfache Gesamtkonstruktion vorgesehen
wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Entwicklungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist gemäß
einem ersten Aspekt der Erfindung eine Anschraubvorrichtung
vorgesehen, die einen Roboter enthält, der dazu angepaßt ist,
eine Mutterspindel zum Anziehen einer Schraube zu halten,
sowie einen Abstützmechanismus, der dazu angepaßt ist, die
Mutterspindel so abzustützen, daß die Mutterspindel in drei
axialen Richtungen, die einander orthogonal kreuzen, versetzt
werden kann.
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Um den Vorteil des Bereitstellens einer platzsparenden und
kostengünstigen Anschraubvorrichtung zusätzlich zu der oben
erwähnten Aufgabe zu erzielen, enthält eine Anschraubvorrichtung
gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung einen
Ausgleichsmechanismus, der dazu angepaßt ist, das Gewicht der
Mutterspindel oder des Abstützmechanismus abzustützen, und der
mit dem Abstützmechanismus verbunden ist.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Erläuterungsansicht der
Anschraubvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht von Teilen nahe
einer Mutterspindel in der Anschraubvorrichtung aus Fig. 1.
Beschreibung der Bezugszeichen
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Mit "M" wird eine Anschraubvorrichtung bezeichnet. Mit dem
Bezugszeichen 1 wird eine Mutterspindel bezeichnet, mit 1c ein
Basisabschnitt, mit 2, 3 und 4 Abstützbauteile, mit 5 ein
Roboter, mit 5b ein Rahmen, mit 6 ein Klemmabschnitt, mit 7 ein
Einsatzabschnitt und mit 10 ein Werkstück.
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Es folgt nun die Beschreibung einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Zeichnungen.
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Fig. 1 ist eine Übersichtdarstellung der Anschraubvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine
Anschraubvorrichtung M eine Mutterspindel 1, Abstützbauteile 2, 3, 4, die
einen Abstützmechanismus bilden, sowie einen klein
dimensionierten Roboter 5, einen Werktisch 5a und einen Rahmen 5b zum
Abstützen dieser Teile enthält. In Fig. 1 stellen jeweils eine
X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse eine Seitenrichtung,
eine Längsrichtung und eine vertikale Richtung des Roboters 5
dar. Diese drei Achsen kreuzen einander orthogonal, wobei die
X-Achse und die Y-Achse horizontal verlaufen und die Z-Achse
vertikal verläuft. In jeder dieser Achsen sollen die rechte,
die vordere und die obere Seite die positive Seite sein.
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht von Teilen um die
Mutterspindel 1 herum, die einen Klemmabschnitt 6 zeigt, der an
einem vorderen Ende des Roboters 5 vorgesehen ist, wobei dadurch
die Mutterspindel 1 festgehalten wird. Die Mutterspindel 1
enthält einen zylindrischen Abschnitt 1a, ein zu klemmendes
Klemmbauteil 1b, sowie eine Basis 1c, damit das Klemmbauteil
geklemmt werden kann, und es ist ein Einsatzabschnitt 7, der
einen sechseckigen Säulenabschnitt 7a besitzt, fest auf einer
unteren Abschlußseite des zylindrischen Abschnittes 1a
vorgesehen.
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Der sechseckige Säulenabschnitt 7a des Einsatzabschnittes 7
paßt in ein sechseckiges Loch 8a einer anzuziehenden
Innensechskantschraube 8. Der Einsatzabschnitt 7 kann in der
Anziehrichtung 9 der Innensechskantschraube 8 gedreht werden.
Die Innensechskantschraube 8 kann in ein vorbestimmtes
Anschraubloch 10a eines Werkstückes 10 auf dem Werktisch 5a
angeordnet werden. Der Roboter 5 hat mehrere Gelenke und ist in
der Lage, sich unabhängig in jeder Achse in Bezug auf den
Klemmabschnitt 6 zu positionieren.
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Das Abstützbauteil 2 ist ein plattenartiges Bauteil, das so
vorgesehen ist, daß es dem Roboter 5 gegenüberliegt, wobei die
Y-Achse eine Normal-Linie bildet. Auf der Oberfläche des
Abstützbauteils 2, die sich auf einer positiven Seite der Y-
Achse befindet, sind Schienen 2a in Bezug auf zwei Nuten 3a,
die sich in der Z-Achse erstrecken und einstückig an einem
Abstützbauteil 3 vorgesehen sind, vorgesehen. Da die Schienen 2a
beweglich in den Nuten 3a eingepaßt sind, sind die Schienen so
mit dem Abstützbauteil 2 verbunden, daß sich die Schienen 2a
entlang der Z-Achse bewegen können. Des weiteren ist die Basis
1c für die Mutterspindel 1 auf der Oberfläche des
Abstützbauteils 2, die sich auf der positiven Seite der Y-Achse
befindet, befestigt.
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Das Abstützbauteil 3 ist ein Block mit L-förmigem Querschnitt.
Auf der Oberfläche besitzt das Abstützbauteil 3 in einem
Abschnitt, der sich auf der negativen Seite der Y-Achse
befindet, die oben beschriebenen Nuten 3a. Gleichzeitig befinden
sich auf der Oberfläche der positiven Seite der X-Achse des
anderen Abschnittes, der sich an der positiven Seite der Y-
Achse des Abstützbauteils 3 befindet, Nuten (nicht gezeigt),
die Schienen 4a des Abstützbauteils 4 aufnehmen, so daß die
Schienen 4a in den Nuten beweglich sind. Zusätzlich ist das
Abstützbauteil 4 ein ähnlicher Block. Auf der Oberfläche
besitzt das Abstützbauteil 4 in einem Abschnitt, der sich auf
der negativen Seite der X-Achse befindet, zwei Schienen 4a,
die sich entlang der Y-Achse erstrecken. Gleichzeitig besitzt
das Abstützbauteil 4 an der unteren Seite des anderen
Abschnittes zwei Nuten 4b, von denen jede eine der zwei Schienen
5c, die entlang der X-Achse in dem Rahmen 5b befestigt sind,
aufnimmt.
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Bei einem Anschraubvorgang in einer solchen
Anschraubvorrichtung M steuert der Roboter 5 die Mutterspindel 1 über den
Klemmabschnitt 6 in Abhängigkeit von einem Befehl, der von
einer Steuereinheit (nicht gezeigt) gegeben wird. Zuerst
empfängt der Roboter 5 in der Mutterspindel 1 die
Innensechskantschraube 8 für den Einsatzabschnitt 7. Der Roboter 5 setzt
anschließend die Innensechskantschraube 8 an einem freien Ende
des Einsatzabschnittes 7 in ein vorbestimmtes Anschraubloch
10a des Werkstückes 10 ein und positioniert die Schraube 8 in
dem Anschraubloch 10a. Während dieser Zeit treibt die
Mutterspindel 1 die Abstützbauteile 2, 3, 4 an, um sich über die
Basis 1c entlang der Z-Achse, Y-Achse und X-Achse zu bewegen.
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Die Steuereinheit treibt anschließend die Mutterspindel 1 so
an, daß sie sich in der gleichen Richtung 9 dreht, in der der
Einsatzabschnitt 7 angezogen wird. Dies bewirkt, daß die
Innensechskantschraube 8 auf dem Einsatzabschnitt 7 in das
Anschraubloch 10a des Werkstückes 10 geschraubt wird. Während
dieser Zeit nimmt die Mutterspindel 1 eine Arbeitskraft
(Reaktionskraft) hinsichtlich der Anziehkraft in der Richtung 11
entgegengesetzt zur Anziehrichtung 9 auf. Folglich widersteht
die Mutterspindel 1 einem Gegendrehmoment in der Richtung 11
entgegengesetzt zu jener, in der die Anziehkraft abgegeben
wird. Da die Reaktionskraft oder das Gegendrehmoment von den
Abstützbauteilen 2, 3, 4 und den Schienen 5c oder dem Rahmen
5b getragen wird, wird der Roboter 5 nicht durch die
Reaktionskraft oder das Gegendrehmoment beeinflußt oder er nimmt den
Einfluß desselben nur in einem verminderten Zustand auf.
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Wenn eine Anschraubgröße oder eine Gegendrehmomentgröße ein
vorbestimmtes Niveau oder dergleichen erreicht, beendet die
Steuereinheit den Anschraubvorgang. Die Steuereinheit
wiederholt einen solchen Vorgang in einer geeigneten Art und Weise
oder sie wiederholt darüberhinaus denselben Vorgang durch
Austauschen des Werkstückes 10 und führt dadurch einen
automatischen Schraubvorgang mittels der Anschraubvorrichtung M durch.
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Bei einer solchen Anschraubvorrichtung M wird eine
Reaktionskraft oder ein Gegendrehmoment, das in der Mutterspindel 1
aufgrund eines Anschraubvorgangs auftritt, von den
Abstützbauteilen 2, 3, 4 getragen. Deshalb dient ein Roboter mit einer
vergleichsweise niedrigen Steifigkeit ausreichend dem
beabsichtigten Zweck. Dies ermöglicht es, daß ein Roboter 5, der
mit kleinen Abmessungen und geringer Leistung ausgebildet ist,
zufriedenstellend in der Anschraubvorrichtung M verwendet
werden kann. Des weiteren ermöglicht es die Reduzierung der
Herstellungskosten und die Einsparung von Platz.
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Da die Abstützbauteile 2, 3, 4 entlang der drei sich
orthogonal kreuzenden Achsen bewegt werden, kann ein Mechanismus zum
Abstützen der Mutterspindel 1 einfach ausgebildet werden, ohne
eine Bewegung davon zu behindern. Da die Abstützbauteile 2, 3,
4 auf jeder Achse vorgesehen sind, kann eine weitere
vereinfachte und rationalisierte Konstruktion erzielt werden.
Darüber hinaus sind die Abstützbauteile 2, 3, 4 so vorgesehen,
daß sie dem Roboter 5 gegenüberliegen, so daß diese
Abstützbauteile einfach in dem Zustand angeordnet werden können, in
dem die Abstützbauteile die Mutterspindel 1 und den Roboter 5
nicht stören.
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Da der Roboter 5 verkleinert wird, kann auch der Rahmen 5b,
der ihm gegenüberliegt, verkleinert werden. Darüber hinaus
ermöglicht dies die weitere Reduzierung der Herstellungskosten
und das weitere Einsparen von Platz in der
Anschraubvorrichtung M. Wenn die Abstützbauteile 2, 3, 4 und der Rahmen 5b
daher der Anschraubvorrichtung M hinzugefügt werden, bedeutet
dies einen Zusatz von Elementen wie eines sich bewegenden
Blocks und eines Stangenbauteils, so daß darüber hinaus die
Herstellungskosten und ein Einbauraum nicht stark zunehmen.
Die Reduzierung der Herstellungskosten oder eines Einbauraums
aufgrund der Verkleinerung des Roboters 5 bringt mehr als der
Zusatz der oben beschriebenen Bauteile.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene
Art begrenzt, sondern es können verschiedene Modifikationen
erfolgen, wie sie in den folgenden Beispielen gezeigt werden.
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In der oben beschriebenen Art kann darüber hinaus ein
Luftzylinder als Ausgleichsmechanismus mit dem Abstützbauteil 2
verbunden werden. Dieser Luftzylinder ist auf dem Rahmen 5b
vorgesehen und trägt das Gewicht der Mutterspindel 1, die bewegt
wird, oder der Abstützbauteile 2, 3, 4. Dank eines solchen
Ausgleichsmechanismus kann der Roboter 5 die Mutterspindel 1
oder die Abstützbauteile 2, 3, 4 in einem im wesentlichen
gewichtslosen Zustand bewegen. Folglich kann eine noch
kostengünstigere und noch mehr Platz sparende Anschraubvorrichtung,
die einen weiter verkleinerten Roboter 5 besitzt,
bereitgestellt werden. Der Luftzylinder kann mit einigen anderen
Abstützbauteilen verbunden sein oder auf einem anderen Abschnitt
vorgesehen sein oder mehrfach vorgesehen sein oder durch eine
Steuereinheit gesteuert werden. Ferner kann ein anderer
Zylinder, ein Verbindungsmechanismus und dergleichen anstelle des
Luftzylinders vorgesehen werden.
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Die Abstützbauteile können so ausgebildet sein, daß sie keine
blockartigen Bauteile, sondern stangenartige Bauteile sind.
Die Form, die Abmessungen und die Anzahl der Schienen oder
Nuten können auf viele Arten variiert werden und die
Abstützbauteile können durch Verbindungsmechanismen und dergleichen
miteinander verbunden sein. Der Abstützmechanismus kann so
hergestellt werden, daß dieser Mechanismus die Abstützbauteile auf
den drei Achsen miteinander verbindet, in der Reihenfolge, die
sich von der oben beschriebenen Reihenfolge unterscheidet, von
der Mutterspindel zu dem Rahmen hin. Der Abstützmechanismus
kann ferner so hergestellt werden, daß der Mechanismus keine
Baugruppe aus den Abstützbauteilen auf den Achsen ist, sondern
daß er ein bewegliches Abstützbauteil oder eine Mehrzahl von
beweglichen Abstützbauteilen auf den drei sich orthogonal
kreuzenden Achsen ist.
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Der Roboter kann als Roboter ausgebildet sein, der dazu
angepaßt ist, eine Mutterspindel direkt zu klemmen, oder als ein
Roboter, der durch eine Mutterspindel befestigt wird. In der
Mutterspindel kann ein Klemmbauteil weggelassen werden. Die
Mutterspindel kann eine Mutterspindel sein, die dazu angepaßt
ist, eine Mutter aufzunehmen und die Mutter auf einen
Schraubenbolzen zu schrauben, oder eine Mutterspindel, bei der eine
andere Schraube in eine Mutter eingeschraubt wird. Die
Anziehrichtung kann anders als die oben beschriebene Richtung
eingestellt sein.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
eine Anschraubvorrichtung einen Roboter zum Halten einer
Mutterspindel zum Anschrauben von Schrauben, und einen
Abstützmechanismus zum Abstützen der Mutterspindel, so daß die
Mutterspindel in drei Richtungen, die sich einander orthogonal
kreuzen, versetzt werden kann. Dies ermöglicht es der
Mutterspindel, eine Reaktionskraft, die an dem einfachen
Abstützmechanismus wirkt, aufzunehmen. Des weiteren ermöglicht sie die
Verkleinerung eines vergleichsweise teuren Roboters, die
Ausbildung der Anschraubvorrichtung in einer rationellen
Konstruktion und das ausreichende Reduzieren der
Herstellungskosten und des Einbauraums.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der
Ausgleichsmechanismus, der das Gewicht der Mutterspindel oder
des Abstützmechanismus trägt, mit dem Abstützmechanismus
verbunden. Dies ermöglicht es, den Einfluß des Abstützmechanismus
auf den Roboter klein zu halten. Darüber hinaus besitzt diese
Erfindung eine rationelle Konstruktion und ermöglicht es, den
Roboter zu verkleinern, was es ermöglicht, die
Herstellungskosten und den Einbauraum weiter zu reduzieren.