DE112009003519T5

DE112009003519T5 - Kompaktes und modulares robotisches Reinigungssystem

Info

Publication number: DE112009003519T5
Application number: DE112009003519T
Authority: DE
Inventors: Dragoslav Milojevic; Kenneth Carmack; Daniel A. Raetz; Eric Gauci; James R. Vigneau; Larry X. Blanchard; Paul G. Cazan; Stephen J. Laski
Original assignee: ABB Inc USA
Current assignee: ABB Inc USA
Priority date: 2008-11-29
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2012-08-23
Also published as: US20120006363A1; US9592538B2; WO2010062894A1

Abstract

Ein kompaktes robotisches Reinigungssystem um ein Werkstück zu reinigen wird zur Verfügung gestellt. Das robotische Reinigungssystem beinhaltet eine abgeschlossene Reinigungskammer. Ein Roboter ist vollständig innerhalb der Reinigungskammer vorgesehen. Der Roboter hat eine maximale horizontale Reichweite, die wenigstens 40% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer ist. Der Roboter kann ein Werkstück halten und das Werkstück um mehrere Sprüheinrichtungen herum bewegen. Alternativ kann der Roboter ein oder mehrere Sprüheinrichtungen halten, während ein Werkstück auf einem beweglichen Tisch abgestützt ist.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Ein gewöhnliches robotisches Reinigungssystem weist verschiedene Komponenten auf, wie z. B. eine Robotereinrichtung und ein entsprechendes Steuerungssystem, ein Arbeitsmedium zum Reinigen von Werkstücken, eine Pumpe zum mit Druck Beaufschlagen der Flüssigkeit, Düsen, um die Flüssigkeit auf die Objekte zu sprühen, und einen Endeffektor oder Rahmen, um die Düsen abzustützen.
Gewöhnliche Reinigungssysteme fügen Lösungsmittel und Wärme hinzu, um das Aufspalten von Öl oder Fett, die auf den Werkstücken vorhanden sein können, zu unterstützen. Diese Lösungsmittel und der aufgrund der Hitze stärker vorhandener Dampf und Feuchtigkeit können die Komponenten und Gelenke der Robotereinrichtung beschädigen. Außerdem erhöhen auch erhitzte Arbeitsmedien die Rate, mit der biologische Verunreinigungen in der robotischen Reinigungseinrichtung wachsen. Diese biologischen Verunreinigungen können eine Gesundheitsgefahr für die Personen, die in der Fabrik arbeiten, darstellen, und können die Robotereinrichtung und andere Komponenten in dem Reinigungssystem beschädigen. Lösungsmittel können es auch erschweren, das Arbeitsmedium wiederzuverwenden. Die Lösungsmittel vermischen sich oder verbinden sich leicht mit dem Wasser und dem Öl oder dem Fett, um somit Aufschwemmungen zu bilden. Diese Aufschwemmungen sind nur schwer aus dem Wasser zu filtern oder davon zu trennen, ohne ein teures und großes Filtersystem zu benutzen. Die Aufschwemmungen setzen sich an den Rohrwänden fest und verstopfen die Düsen und andere Komponenten in dem System. Das Ansammeln von Aufschwemmungen auf den Röhren und Komponenten erzeugt eine hartnäckige Schicht, die einen dämpfenden Effekt auf das mit Druck beaufschlagte System hat.
Ein anderes Problem mit gewöhnlichen Reinigungssystemen ist, dass sie eine große Grundfläche benötigen und nicht leicht in eine bereits vorhandene Fertigungsstraße eingefügt werden können. Auch benötigen die Filter und der Abscheider in dem Wiederverwendungssystem eines gewöhnlichen Reinigungssystems viel Zeit, um die Verunreinigungen und die Aufschwemmungen aus dem Wasser zu trennen, um die gewünschten Reinheitsstufen des Systems zu erzielen. Daher muss eine große Menge inaktiven Wassers in diesen Filtern und Abscheidern verbleiben, um einen relativ kleinen Volumenfluss durch die Sprühdüsen zu unterstützen. Diese Filter und Abscheider sind auch relativ groß, so dass auch eine kleine Reinigungszelle eine große Fabrikgrundfläche benötigt.
Aufgrund des Vorgenannten besteht im technischen Gebiet ein Bedarf nach einem kompakteren robotischen Reinigungssystem, das leichter in eine vorhandene Fertigungsstraße eingefügt werden kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein solches kompaktes robotisches Reinigungssystem.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein robotisches Reinigungssystem zur Verfügung gestellt, um ein Werkstück zu reinigen. Das robotische Reinigungssystem beinhaltet eine Reinigungszelle mit einem Boden, einer oberen Wand und einer oder mehreren Seitenwänden. Die Reinigungszelle definiert eine innere Reinigungskammer mit einer maximalen horizontalen linearen Abmessung. Eine Vorspülkammer und eine Trocknungskammer sind entfernbar mit der Reinigungszelle verbunden. Ein Roboter ist vollständig innerhalb der Reinigungskammer der Reinigungszelle vorgesehen. Der Roboter weist eine Basis, die an den Boden angebracht ist, und einen Endeffektor zum Greifen des Werkstücks auf. Der Roboter hat eine maximale horizontale Reichweite, die wenigstens 40% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer ist. Erste und zweite Sprüheinrichtungen sind innerhalb der inneren Reinigungskammer angebracht und sind betätigbar, um Flüssigkeiten zu sprühen. Die erste Sprüheinrichtung ist betätigbar, um eine Flüssigkeit in eine andere Richtung als die zweite Sprüheinrichtung zu sprühen. Ein Steuerungssystem ist mit dem Roboter verbunden und ist betätigbar, um den Roboter so zu steuern, dass er ein Reinigungsverfahren ausführt, das aufweist, dass der Roboter betätigt wird, um das Werkstück von der Vorspülkammer in die Reinigungskammer zu bewegen, das Werkstück bezüglich wenigstens der ersten und/oder zweiten Sprüheinrichtungen in der Reinigungskammer zu bewegen, und das Werkstück in die Trocknungskammer zu bewegen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser mit Bezug auf die folgende Beschreibung, die angehängten Ansprüche und die begleitenden beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, bei denen:
1 eine perspektivische Draufsicht einer ersten Reinigungseinheit ist, die in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebaut wurde;
2 eine perspektivische Ansicht eines Roboters ist, der innerhalb einer Reinigungskammer der ersten Reinigungseinheit angebracht ist;
3 eine Vorderansicht eines Reinigungsendeffektors ist, der an einem Handgelenk des Roboters angebracht werden kann;
4 eine perspektivische Seitenansicht des Reinigungsendeffektors, der an dem Handgelenk des Roboters angebracht ist;
5 eine Seitenansicht eines Endeffektors ist, der an dem Handgelenk des Roboters angebracht ist;
6 eine perspektivische Draufsicht eines Werkstücks ist, das auf einer Halterung abgestützt ist, die im Inneren der Reinigungskammer der ersten Reinigungseinheit angebracht ist;
7 ein Prozessschema der ersten Reinigungseinheit ist;
8 eine perspektivische Draufsicht einer zweiten Reinigungseinheit ist, die in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebaut wurde;
9 eine perspektivische Seitendraufsicht eines Bearbeitungsrahmens ist, der innerhalb der Reinigungskammer der zweiten Reinigungseinheit angebracht ist;
10 eine perspektivische Ansicht einer Tieflochabsaugeinrichtung ist;
11 eine Ansicht einer lanzettenförmigen Strahldüse zum Sprühen von Wasser oder Luft ist; und
12 eine perspektivische Ansicht eines Halteendeffektors ist, der an einem Handgelenk eines Roboters angebracht ist, der innerhalb der Reinigungskammer der zweiten Reinigungseinheit vorgesehen ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es ist anzumerken, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung identische Komponenten die gleichen Bezugszeichen haben, egal ob sie in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Es ist auch anzumerken, dass, um die vorliegende Erfindung klar und knapp zu offenbaren, die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und einige Merkmale der Erfindung in einer etwas schematischen Form gezeigt sein können.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine erste Reinigungseinheit 10 gezeigt, die in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebaut wurde. Die erste Reinigungseinheit 10 hat eine kompaktere Bauform und eine geringe Grundfläche, welche für Anwendungen gut geeignet ist, in denen nur ein begrenzter Platz vorhanden ist. Die erste Reinigungseinheit 10 beinhaltet eine Zelle 12, einen Roboter 14, einen Halterungsständer 16, ein Steuerungssystem 18 und ein Flüssigkeitsfilterungssystem 20. Der Roboter 14 und der Halterungsständer 16 sind innerhalb der Zelle 12 vorgesehen.
Die Zelle 12 beinhaltet eine Basisstruktur 22 mit einem Paar gegenüberliegender Seitenwände 24 und einem Paar gegenüberliegender Endwände, welche bei dem Abstützen eines Bodens 26 helfen. Jede Seitenwand 24 hat ein Paar Gabelstaplertaschen 28, die jeweils zum Aufnehmen der Zinken eines Gabelstaplers angepasst sind. Wenigstens ein Abschnitt des Bodens 26, der um den Halterungsständer 16 herum vorgesehen ist, ist mit einem Gitter versehen und weist mehrere Öffnungen auf, um Wasser durchfließen zu lassen. Die Seitenwände 24, die Endwände und der Boden 26 wirken zusammen, um einen unteren Zugangsraum zu definieren, der eine Wanne umschließt, um Wasser aufzunehmen, das durch den Boden 26 hindurch tritt.
Die Zelle 12 weist ferner einen rechteckigen oberen Abschluss 30 auf, der an der Basisstruktur 22 fest angebracht ist. Der obere Abschluss 30 wirkt mit dem Boden 26 zusammen, um eine innere Reinigungskammer zu definieren. Der obere Abschluss 30 beinhaltet erste und zweite obere Platten 34, 36, eine erste Seitenplatte 38, eine zweite Seitenplatte 40 und erste und zweite Endplatten 42, 44. Eine Zugangsöffnung ist zwischen der ersten oberen Platte 34 und der ersten Seitenplatte 38 einerseits und der ersten Endplatte 42 andererseits ausgebildet. Die Zugangsöffnung ist L-förmig (mit einer oberen horizontalen Ebene und einer seitlichen vertikalen Ebene) und ermöglicht es, dass Objekte in die innere Reinigungskammer vertikal und/oder horizontal hinein bewegt werden. Eine L-förmige Tür 46 ist verschiebbar an Schienen angebracht, die jeweils an der ersten oberen Platte 34 und der Verbindung zwischen der ersten Seitenplatte 38 und der Seitenwand 24 der Basisstruktur 22 angebracht sind. Die Tür 46 ist zwischen einer geschlossenen Position, in der die Tür 46 die Zugangsöffnung verschließt, und einer offenen Position verschiebbar, in der die Tür 46 über der ersten oberen Platte 34 und der ersten Seitenplatte 38 vorgesehen ist und die Zugangsöffnung geöffnet ist. Alle oder einige der ersten und zweiten oberen Platten 34, 36, der ersten und zweiten Seitenplatten 38, 40, der ersten und zweiten Endplatten 42, 44 und der Tür 46 können aus einem durchsichtigen Material hergestellt werden, so dass man durch sie hindurch sehen kann. Ein Beispiel eines transparenten Materials, das benutzt werden kann, ist Acrylglas, d. h. Poly(Methyl-Methacrylat) (PMMA) oder Poly(Methyl-2-Methylpropenoat). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nur die Tür 46 aus Acrylglas hergestellt, so dass sie durchsichtig ist, während die verbleibenden Platten des oberen Abschlusses 30 aus Metallblechen (wie z. B. rostfreiem Stahl) ausgebildet sind, so dass sie nicht durchsichtig sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Reinigungskammer in der Zelle 12 eine Breite (entlang der ersten und zweiten Endplatten 42, 44) von ungefähr 5 Fuß (1,5 Meter) und eine Länge (entlang der ersten und zweiten Seitenplatten 38, 40) von ungefähr 6 Fuß (1,8 Meter). Somit hat die Reinigungskammer eine maximale horizontale lineare Abmessung (Ecke zu Ecke) von ungefähr 7,8 Fuß (2,3 Meter). Zum Reinigen von größeren oder kleineren Teilen können sowohl die Reinigungskammer als auch der Roboter 14 wesentlich größere oder kleinere Abmessungen haben.
Obwohl nicht in 1 gezeigt, ist eine Tropfenabscheidereinheit 48 (in 7 dargestellt) an der zweiten oberen Platte 36 vorgesehen und steht in einer Luftstromverbindung mit der inneren Reinigungskammer der Zelle 12 durch eine Öffnung in der zweiten oberen Platte 36. Die Tropfenabscheidereinheit 48 saugt Luft aus der inneren Reinigungskammer an und ersetzt sie mit sauberer Umgebungsluft. Die entfernte Luft wird gereinigt, um verdampftes Wasser und Öl zu entfernen. Die Tropfenabscheidereinheit 48 ist mit einem Geräuschdämpfer versehen, um Lärm zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine perspektivische Ansicht des Roboters 14 gezeigt, welcher innerhalb der Zelle 12 in der inneren Reinigungskammer vorgesehen ist. Der Roboter 14 ist an dem Boden 26 in der Nähe der zweiten Endplatte 44 angebracht. Der Roboter 14 ist ein Sechs-Achsenroboter und beinhaltet im Allgemeinen eine bewegliche Armanordnung 52, die auf einem Sockel 110 oder einer Basis 54 angebracht ist. Die Basis 54 ist an dem Boden 26 fest angebracht und beinhaltet einen Turm 56, der drehbar mit einer Anbringung 58 verbunden ist, so dass es um eine vertikale erste Achse drehbar ist. Die bewegliche Armanordnung 52 beinhaltet obere und untere Arme 60, 62. Ein unteres Ende des unteren Arms 60 ist schwenkbar mit der Basis 54 so durch ein Hüftgelenk 64 verbunden, dass er um eine horizontale zweite Achse schwenkbar ist. Ein oberes Ende des unteren Arms 60 ist schwenkbar mit einem inneren Ende des oberen Arms 62 durch ein Ellenbogengelenk verbunden, so dass es um eine horizontale dritte Achse schwenkbar ist. Ein äußeres Ende des oberen Arms 62 ist mit einem Handgelenk 66 verbunden, das um die vierte, fünfte und sechste Achse beweglich ist. Die Bewegung der verschiedenen Teile des Roboters 14 zueinander wird durch mehrere Servomotoren angetrieben, die durch das Steuerungssystem 18 gesteuert werden. in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Roboter 14 ein IRB 1600 sein, welcher von ABB inc. aus Auburn Hills, Michigan beziehbar ist. Der IRB 1600 kann eine Nutzlast von bis zu 15,4 Pfund (7 kg) tragen.
Der Roboter 14 (und dessen Arbeitsbereich) und die Zelle 12 sind so bemessen, dass sie es dem Roboter 14 ermöglichen, innerhalb der inneren Reinigungskammer der Zelle 12 betätigt zu werden, ohne unnötigen Raum um den Roboter 14 herum zu benötigen. Dahingehend hat der Roboter 14 eine H-Reichweite (H-Reach), die wenigstens 40%, bevorzugterweise mehr als 50%, noch bevorzugterweise mehr als 60% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer in der Zelle 12 ist. In der oben beschriebenen Ausführungsform, in der die Reinigungskammer in der Zelle 12 eine maximale horizontale lineare Abmessung von 7,8 Fuß (2,3 Meter) aufweist, ist der Roboter 14 ein IRB 1600 und hat eine H-Reichweite von ungefähr 4,75 Fuß (1,45 Meter), welches ungefähr 61% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer in der Zelle 12 ist. Die H-Reichweite (oder horizontale Reichweite) ist der horizontale Abstand von dem Ende des Handgelenks 66 zu der Mittellinie der Basis 54, wenn die bewegliche Armanordnung 52 vollständig gestreckt ist.
Obwohl nicht in 2 gezeigt, ist ein Endeffektor an dem Handgelenk 66 des Roboters 14 angebracht. Der Endeffektor kann ein Reinigungsendeffektor, ein Entgratendeffektor oder ein Endeffektor sein, der sowohl Reinigen als auch Entgraten kann. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 wird ein Reinigungsendeffektor 70 gezeigt, der an dem Handgelenk 66 angebracht sein kann. Der Endeffektor 70 beinhaltet eine erste Anbringungsklammer 72, die an der zweiten Anbringungsklammer 74 fest angebracht ist, welche wiederum mit einer Basis 76 fest verbunden ist. Eine oder mehr Wasserdüsen 78 sind an der ersten Anbringungsklammer 72 angebracht, während ein oder mehrere Luftdüsen 80 an der Basis 76 angebracht sind. In der in 3 und 4 gezeigten Ausführungsform gibt es eine einzige Wasserdüse 78 und zwei voneinander beabstandete Luftdüsen 80. Jede Wasserdüse 78 hat einen Drehkopf 79, der betätigbar ist, um einen konischen Sprühstrahl 86 zu erzeugen, der einen Winkel von ungefähr 27° zu der Mittellinie der Wasserdüse 78 aufweist. Mit Druck beaufschlagtes Wasser wird über einen Hochdruckwasserschlauch zu einem Einlass für jede Wasserdüse 78 mit einem Druck in einem Bereich von ungefähr 1.000 bis ungefähr 5.800 psi und einer Flussrate von ungefähr 21 Gallons pro Minute zugeführt. Luft wird zu einem Einlass jeder Luftdüse 80 mit einem Druck von ungefähr 60 psi über einen Luftschlauch 82 zugeführt. Luft kann den Auslass jeder Luftdüse 80 mit einer Rate von ungefähr 60 Kubikfuß pro Minute (cfm) und mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 85 Meilen pro Stunde (mph) verlassen. Wenn Öl von einer Aluminiumoberfläche gereinigt wird, kann der Einlassdruck für jede Wasserdüse 78 ungefähr 3.000 psi und die Wasseraustrittsrate für jede Wasserdüse 78 ungefähr 3,5 Gallons pro Minute sein.
Jeder Sprühstrahl 86 hat einen effektiven Reinigungsbereich zum Reinigen von Filmen z. B. von ungefähr 1 Zoll bis ungefähr 10 Zoll, wenn Wasser mit 3.000 psi zugeführt wird. Ein Abstand von ungefähr 1 bis 2 Zoll von der Auslassöffnung der Wasserdüse 78 führt zu einer kräftigen Reinigung, welche die Oberfläche und ihren Ölfilm sogar erhitzt. Dieses ist ein Gebiet des ultrahohen Drucks oder Reinigungsleistung. Ein Abstand von ungefähr 4 bis 6 Zoll erzeugt eine harte Reinigung, die durch eine Ansammlung von Wasser in einer Ausnehmung hindurchtreten oder diese wegstrahlen kann. Dies ist ein Bereich von sehr hohem Druck oder Reinigungskraft. Ein Abstand von ungefähr 8 bis 10 Zoll erzeugt ein effektives Reinigen, welches einen Ölfilm von einer Metalloberfläche im Wesentlichen vollständig mit einer vernünftigen Geschwindigkeit entfernt, so z. B. mit einer Geschwindigkeit eines Endeffektors 70 von ungefähr 2 Zoll bis ungefähr 1 Fuß pro Sekunde. Dies ist ein Bereich von einer effektiven Reinigungsleistung. Es werden dem Wasser keine Zusatzstoffe hinzugefügt, da die derzeit bekannten Zusatzstoffe gefährlich sind und nur schwierig in einem Wasserwiederverwendungssystem zu benutzen sind.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Entgratendeffektor 90 gezeigt, der an dem Handgelenk 66 des Roboters 14 angebracht sein kann. Der Endeffektor 90 beinhaltet erste und zweite Anbringungsklammern 92, 94, die mit einer Basis 96 verbunden sind. Die erste Anbringungsklammer 92 beinhaltet eine einzelne Wasserdüse 78. Wasser wird der Wasserdüse 78 mit einem Druck von ungefähr 4.500 psi oder mehr zugeführt.
Unter Bezugnahme auf 1 und 6 ist der Halterungsständer 16 innerhalb der Zelle 12 in der inneren Reinigungskammer vorgesehen. Der Halterungsständer 16 ist auf dem Boden 26 so angebracht, dass er leicht durch die Zugangsöffnung für einen Beladeroboter, einen Kran oder eine andere Ladeeinrichtung, die außerhalb der Zelle 12 angeordnet ist, zugänglich ist. Der Halterungsständer 16 beinhaltet einen Sockel 110, an dem ein Tisch 112 drehbar befestigt ist. Der Sockel 110 kann an dem Boden 26 fest angebracht oder kann auf Schienen angebracht sein, die an dem Boden 26 so angebracht sind, dass er linear entlang der Schienen in der Richtung zwischen den ersten und den zweiten Seitenplatten 38, 40 beweglich sind. Wenn der Halterungsständer 16 an dem Boden 26 befestigt ist, ist der Halterungsständer 16 so angebracht, dass er in der Nähe der Zugangsöffnung vorgesehen ist. Insbesondere ist der Halterungsständer 16 unterhalb der oberen Ebene der Zugangsöffnung angeordnet. Wenn der Halterungsständer 16 beweglich ist, hat der Halterungsständer 16 eine Beladeposition, die in der Nähe der Zugangsöffnung angeordnet ist. Wenn er beweglich ist, kann der Halterungsständer 16 durch ein Zuführsystem mit luftdruckbetriebenen oder elektrischen linearen Aktuatoren oder motorbetriebenen Bändern oder Ketten bewegt werden.
Der Tisch 112 ist an dem Sockel 110 so angebracht, dass er um einen Winkel von wenigstens 180° in Bezug auf den Sockel 110 drehbar ist. Der Tisch 112 kann durch einen luftdruckbetriebenen oder elektrischen Aktuator oder einen Elektromotor, der innerhalb des Sockels 110 vorgesehen ist, gedreht werden. Der Tisch 112 kann mit einer Haltevorrichtung vorgesehen werden, die betätigbar ist, um ein Werkstück 120 festzuhalten, während es entgratet und/oder gereinigt wird. Die Haltevorrichtung beinhaltet Halteelemente, die fest oder beweglich in Bezug auf eine obere Oberfläche der Tafel 112 vorgesehen sind. Wenn die Halteelemente fest vorgesehen sind, kann das Werkstück 120 zwischen dem Halteelement wie dargestellt vorgesehen sein. Außerdem können stabförmige Halteelemente an dem Tisch 112 fest angebracht sein und können sich durch Öffnungen in einem Werkstück erstrecken. Wenn die Halteelemente beweglich sind, können sie in zwei Paaren vorgesehen sein, wobei in jedem Paar wenigstens ein Halteelement entlang eines horizontalen linearen Bewegungswegs zu dem anderen Halteelement hin so beweglich ist, dass es als eine Klemme wirkt, um mit gegenüberliegenden Seiten eines Werkstücks 120 einzugreifen und sie festzuklemmen. In solch einer Anordnung sind die Fortbewegungswege der zwei Paare an Halteelementen senkrecht zueinander vorgesehen. Zusätzlich dazu, dass sie horizontal beweglich sind, können die Halteelemente vertikal zwischen einer ausgefahrenen Position, in der die meisten der Halteelemente oberhalb der Oberfläche des Tischs 112 angeordnet sind, und einer eingefahrenen Position beweglich sind, in welcher die Halteelemente unterhalb der Oberfläche des Tischs 112 angeordnet sind. So kann die Haltevorrichtung so betätigbar sein, dass in einer ersten Phase eines Reinigungs- oder Entgratbetriebs ein erstes des Paars an Halteelementen in der ausgefahrenen Position und mit dem Werkstück 120 in Eingriff ist während ein zweites des Paars an Halteelementen in der eingefahrenen Position ist. In einer zweiten Phase kann der Tisch 112 um 90° gedreht sein und das erste der Paare ist nicht im Eingriff mit dem Werkstück 120 und ist in die eingefahrene Position bewegt, während das zweite der Paare in die ausgefahrene Position bewegt ist und mit dem Werkstück 120 in Eingriff ist. Wenn die Halteelemente beweglich sind, können sie vertikal und/oder horizontal durch luftdruckbetriebene oder elektrische lineare Aktuatoren bewegt werden.
Das Steuerungssystem 18 steuert den Betrieb des Roboters 14 und des Halterungsständers 16. Das Steuerungssystem 18 ist als eine integrierte Einheit vorgesehen und beinhaltet ein Steuerungsmodul 122 und ein Antriebsmodul 124. Das Steuerungssystem 18 ist auf einem Gestell 126 angebracht, welches an die Zelle 12 angrenzt, und kann damit durch Schrauben oder andere Befestigungselemente lösbar befestigt sein. Das Steuerungsmodul 122 beinhaltet ein Gehäuse, das eine Robotersteuerungseinheit, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, einen LAN-Zugang (wie z. B. ein Ethernet, DeviceNet oder Profibus) und eine Sicherheitsschnittstelle aufweist. Eine Bedientafel mit einer Anzeige kann an dem Äußeren des Gehäuses angebracht sein. Das Antriebsmodul 124 beinhaltet ein Gehäuse, das eine Stromversorgung, Antriebseinheiten des Roboters 14 und einen Achsencomputer, der die Stromversorgung für die Servomotoren regelt, aufweist. Eine Statusleuchte 130 kann an dem Gehäuse des Steuerungsmoduls 122 angebracht sein. Die Statusleuchte 130 stellt eine visuelle Anzeige des Betriebsstatus der ersten Reinigungseinheit 10, d. h. in Betrieb, außer Betrieb, Fehlfunktion, etc. zur Verfügung.
Die Robotersteuerungseinheit beinhaltet einen Prozessor (CPU), Arbeitsspeicher und dauerhaften Speicher, wie z. B. eine oder mehrere Festplatten. Die Robotersteuerungseinheit ist mit dem Roboter 14 z. B. durch mehrere Kabel mit einem Motorstromkabel, einem Messsignalkabel und einem oder mehreren Kommunikationskabeln verbunden. Bei der Robotersteuerungseinheit ist die CPU betätigbar, um eine Steuerungssoftware auszuführen, die in dem Arbeitsspeicher gespeichert ist, um den Betrieb des Roboters 14 zu steuern. Die Steuerungssoftware ist in einer Roboterbenutzerprogrammiersprache (Robotercodes) wie z. B. Karel, KRL oder RAPID, die alle auf der C-Programmiersprache basieren, geschrieben. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Robotercode RAPID, welches in den robotischen Systemen benutzt wird, die durch ABB Inc. Von Auburn Hills, Michigan zur Verfügung gestellt werden.
Zusätzlich zum Steuern des Roboters 14 kann die Robotersteuerungseinheit auch den Betrieb des Halterungsständers 16 steuern. Alternativ kann eine separate programmierbare logische Steuerungseinheit (PLC) und zugeordnete Ein- und Ausgabemodule den Betrieb des Halterungsständers 16 steuern. Die Robotersteuerungseinheit oder der PLC (je nachdem) sind durch Verdrahtung mit dem Motor(en) und den Aktuatoren des Halterungsständers 16 verbunden. Die Steuerung des Roboters 14 ist mit der Steuerung des Halterungsständers 16 integriert, um Verfahren zum Entgraten und/oder Reinigen von Werkstücken durchzuführen.
Unter Bezugnahme auf 1 und 7 weist das Flüssigkeitsfilterungssystem 20 im Allgemeinen untereinander verbunden einen Makrofilter 132, einen Abscheider 134, eine Boosterpumpe 136, einen Mikrofilter 138 und eine Hochdruckpumpe auf. Der Makrofilter 132, der Abscheider 134, die Boosterpumpe 136 und der Mikrofilter 132 sind zusammen als eine integrierte Einheit auf einem Hilfsgestell angebracht, das an die Zelle 12 angrenzt und damit durch Schrauben oder andere Befestigungseinrichtung lösbar befestigt ist. Die Hochdruckpumpe 140 kann auch auf dem Hilfsgestell angebracht sein oder kann, wie dargestellt, separat angebracht sein.
Der Makrofilter 132 ist durch Röhren mit der Wanne in der Basisstruktur 22 so verbunden, dass er Wasser von dieser empfängt. Der Makrofilter 132 kann ein Sieb oder ein Rollmediumfilter sein. Ein typischer Rollmediumfilter weist einen Tank auf, der in obere und untere Abschnitte durch eine perforierte Scheibe oder ein Sieb aufgeteilt ist. Eine endlose Schleife eines Filtermediums wird über die Scheibe oder das Sieb bewegt. Alleine aufgrund von Schwerkraft oder zusammen mit dem Erzeugen eines Unterdrucks in dem unteren Abschnitt wird Wasser dazu gebracht, aus dem oberen Abschnitt durch das Filtermedium und die Scheibe/das Sieb in den unteren Abschnitt zu fließen. Das Filtermedium wird typischerweise durch einen Schleppförderer angetrieben, der ein Paar voneinander beabstandete Kettenschleifen aufweist, die durch Bahnen verbunden sind, die sich über die Breite des Filtermediums erstrecken. Das Filtermedium kann ein dauerhaftes Medium sein oder ein Wegwerfmedium sein. Das Filtermedium kann eine Körperbindung, die als „1 drüber, 2 drunter” bezeichnet wird, und von einem groben Grad aufweisen. Die Bindung ist hinreichend offen, um es feinen Feststoffen zu ermöglichen, frei hindurch zu gehen, während sie Späne, die deutlich größer sind, auffängt.
Nachdem es durch den Makrofilter 132 hindurch getreten ist, fließt das Wasser in den Abscheider 134, der dafür gebaut ist, Öl aus dem Wasser zu entfernen. Der Abscheider 134 kann einen Vereinigungsplattenabscheider aufweisen, der gewellte Scheiben aus einem Öl anziehenden (oleophilen) Material aufweist, die in einer Aufreihung gestapelt sind, um eine große Oberfläche zur Verfügung zu stellen, um das Vereinigen von Öltröpfchen zu fördern. Die Scheiben fangen Öltröpfchen in dem einfließenden Wasser auf, die Tröpfchen wachsen in der Größe und steigen zu der Oberfläche, an der das Öl von der Oberfläche abgeschöpft wird. Der Abscheider 134 ist bedienbar, um Wasser zu erzeugen, das weniger als 5 ppm Öl enthält. Ein Beispiel eines Vereinigungsabscheiders, der benutzt werden kann, ist der Plate-Pak-Abscheider, der von Freytech Inc. aus Florida bezogen werden kann.
Nachdem es durch den Abscheider 134 hindurch getreten ist, fließt das Wasser in einen benachbarten Tank 144, der eine Ultraviolett-(UV)-Lichtbehandlungseinheit 146 enthält, die jegliche biologische oder Mikroorganismen im Wasser tätet. Zusätzliches Wasser kann zu dem Tank durch eine Wasserleitung 148 zugeführt werden, die sich in den Tank hinein erstreckt. Das zusätzliche Wasser kann normales städtisches Leitungswasser aufweisen, das eine Temperatur von Zimmertemperatur bis 45°F aufweist, das durch einen gewöhnlichen reversen Osmosefilter hindurchgetreten ist, um ein Partikelniveau von weniger 15 ppm an gesamten gelösten Feststoffen aufzuweisen. Ein Einlass der Boosterpumpe 136 ist in dem Tank 144 vorgesehen. Die Boosterpumpe 136, die eine 1 bis 1,5 PS Elektropumpe sein kann, pumpt das Wasser durch die Röhren 150 zu dem Mikrofilter 138.
Der Mikrofilter 138 benutzt eine austauschbare Filterkassette, die in einem äußeren Gehäuse enthalten ist. Die Kassette kann von zylindrischer Form sein, wobei das Wasser radial nach innen oder nach außen dadurch fließt. Der Kassettenfilter kann aus mehreren Schichten Filtermaterial bestehen. Z. B. kann es ein oder mehr Schichten aus einem losen Filtermaterial wie z. B. loser Kohle oder Metallhydroxid oder Metalloxidpulver und eine oder mehrere Schichten eines festen Filtermaterials wie z. B. Kohlegussblöcke sein. Der Mikrofilter 138 ist betätigbar, um Partikel bis zu einer Größe von ungefähr 20 Mikron zu filtern. Der Mikrofilter 138 kann ein oder mehr Kassetten aufweisen, die parallel betrieben werden, um somit einen kontinuierlichen Betrieb während des Reinigens oder Ersetzens einer der Kassetten zu ermöglichen.
Nachdem das Wasser durch den Mikrofilter 138 hindurch geflossen ist, fließt das mikrofiltrierte Wasser zu der Hochdruckpumpe 140, welche betätigbar ist, um das mikrofiltrierte Wasser mit einem Druck im Bereich von ungefähr 1.000 psi bis ungefähr 15.000 psi zu beaufschlagen, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 2.000 psi bis 8.000 psi. Das mit Druck beaufschlagte, mikrofiltrierte Wasser wird dem Endeffektor 70, 90, der an dem Handgelenk 66 des Roboters 14 angebracht ist, durch den Wasserschlauch 84 zugeführt.
Das Reinigen eines Werkstücks (wie z. B. des Werkstücks 120) in der ersten Reinigungseinheit 10 wird nun beschrieben. Zunächst wird die Tür 46 in die offene Position bewegt und das Werkstück 120 wird auf den Tisch 112 des Halterungsständers 16 manuell oder durch einen Beladeroboter, einen Kran oder eine andere Beladeeinrichtung platziert. Die Tür 46 wird dann in die geschlossene Position bewegt. Der Roboter 14 führt dann ein Reinigungsverfahren mit geringer Intensität auf dem Werkstück aus. Die Luftdüsen 80 werden mit mit Druck beaufschlagter Luft versorgt, so dass die Luftdüsen Ströme an mit Druck beaufschlagter Luft aussenden. Wasser kann auch jeder Wasserdüse 78 zur Verfügung gestellt werden, so dass jede Wasserdüse 78 Wassersprühstrahlen aussendet. Der Roboter 14 wird gesteuert, um den Endeffektor 70 über das Werkstück 120 zu bewegen, um losen Schmutz oder Rückstände unter Benutzung der Luftströme und/oder des Wassersprühstrahls zu entfernen. Insbesondere bewegt der Roboter 14 programmierbar den Endeffektor 70 zu einer Startposition ungefähr 1 bis 4 Fuß oberhalb einer oberen Oberfläche des Werkstücks 120 aufgrund der vorbestimmten Koordinaten des Werkstücks 120. Die verschiedenen Komponenten des Roboters 14 werden dann bewegt (artikuliert, gedreht, etc.), so dass die Luftströme und/oder der Wassersprühstrahl im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche gerichtet sind, d. h. die Zielrichtung des Endeffektors 70 ist senkrecht zu der oberen Oberfläche. Der Roboter 14 bewegt oder fährt der Endeffektor 70 in mehreren in einer Reihe an vorprogrammierten Bewegungswegen über die obere Oberfläche des Werkstücks 120 ab während die Zielrichtung des Endeffektors 70 im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche beibehalten wird, um somit losen Schmutz und Rückstände zu lösen und weg zu blasen. Die Bewegungswege sind linear oder gekrümmt, um der Gestalt oder Umrandung der oberen Oberfläche des Werkstücks zu entsprechen und um den 1 bis 4 Fuß Abstand zwischen den Düsen 78, 80 und der oberen Oberfläche beizubehalten. Sobald das vorprogrammierte Abfahren über die obere Oberfläche vollendet ist, bewegt der Roboter 14 den Endeffektor 70 zu einer Position vor einer ersten Seite des Werkstücks 120, zu dem Roboter 14 zugewandt ist, die ungefähr 1 bis 4 Fuß von der ersten Seitenoberfläche entfernt ist. Die verschiedenen Komponenten des Roboters 14 werden dann so bewegt, dass sie den Endeffektor 70 so positionieren, dass dessen Zielrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Seitenoberfläche ist. Der Roboter 14 fährt dann den Endeffektor 70 in ein oder mehr programmierten Bewegungswegen entlang der ersten Seitenoberfläche ab während er die Zielrichtung des Endeffektors 70 senkrecht zu der ersten Seitenoberfläche und der erste Abstand der Düsen 78, 80 von 1 bis 4 Fuß von der ersten Seitenoberfläche beibehält. Sobald das programmierte Abfahren der ersten Seitenoberfläche vollendet ist, wird der Tisch 112 so gedreht, dass eine zweite Seitenoberfläche des Werkstücks 120 dem Roboter 14 zugewandt ist. Der Roboter 14 positioniert dann den Endeffektor 70 neu und eine andere programmierte Abfahrroutine wird durchgeführt, um die zweite Seitenoberfläche zu reinigen. Diese Abfahrvorgänge werden wiederholt, bis alle Hauptoberflächen des Werkstücks 120 von losen Verunreinigungen und Rückständen gereinigt wurden. Zwischen den Abfahrvorgängen der verschiedenen Seitenoberflächen wird der Tisch 112 so gedreht, dass die Seitenoberfläche, die abzufahren ist, dem Roboter 14 zugewandt ist.
Nachdem das Werkstück 120 mit Luft und/oder Wasser abgefahren wurde, führt der Roboter 14 eine hoch intensive Reinigungsroutine aus, um Öl und Fett von dem Werkstück 120 zu entfernen. Während der hoch intensiven Reinigungsroutine wird die Druckluftzufuhr zu den Luftdüsen 80 ausgeschaltet. Wasser wird weiter jeder Wasserdüse 78 zugeführt oder wird von nun an zugeführt. Der Roboter 14 bewegt sich über das Werkstück 120 genauso wie in der Niedrigintensitätsreinigungsroutine, mit der Ausnahme, dass der Endeffektor 70 deutlich näher an dem Werkstück 120 positioniert wurde, typischerweise ungefähr 6 bis 8 Zoll. Auch kann es, abhängig von der Größe des Werkstücks 120, sein, dass zusätzliche Durchgänge über jede der Oberflächen gemacht werden müssen. Wie bei der Niedrigintensitätsreinigungsroutine wird der Tisch 112 zwischen den Reinigungen verschiedener Seitenoberflächen so gedreht, dass die zu reinigende Seitenoberfläche dem Roboter 14 zugewandt ist.
Nach der Vollendung der Hochintensitätsreinigungsroutine kann der Roboter 14 eine Trockenroutine durchführen, bei der nur Druckluft dem Endeffektor 70 zugeführt wird, und der Roboter 14 den Endeffektor 70 über das Werkstück 120 bewegt, um das Werkstück 120 mit Druckluftströmen, die aus den Luftdüsen 80 austreten, zu trocknen.
Nach der Vollendung der Hochintensitätsreinigung und einer jeglichen sich daran anschließenden Trockenroutine wird die Tür 46 in die offene Position bewegt, und das Werkstück 120 wird aus der Zelle manuell oder durch einen Beladeroboter, einen Kran oder eine andere Beladeeinrichtung heraus bewegt.
Unter Bezugnahme auf 8 wird eine zweite Reinigungseinheit 200 gezeigt, die in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebaut wurde. Die zweite Reinigungseinheit 200 ist größer als die erste Reinigungseinheit 10, weist aber auch eine kompakte Bauweise und eine relativ kleine Grundfläche auf. Die zweite Reinigungseinheit 200 weist im Allgemeinen eine Hauptzelle 202, einen Roboter 204, ein Steuerungssystem 18, ein Flüssigkeitsfilterungssystem 206 und optional eine Vorspülkammer 208 und eine Trocknungskammer 210 auf. Der Roboter 204 ist innerhalb der Hauptzelle 202 vorgesehen.
Der Roboter 202 beinhaltet einen rechteckigen oberen Abschluss 210, der an einer unteren Basisstruktur 212 fest angebracht ist, die eine innere Wanne zum Aufnehmen von Wasser durch einen Boden 214 der Basisstruktur 212 einschließt. Der Abschluss 210 wirkt mit dem Boden 214 zusammen, um einen innere Reinigungskammer zu definieren. Der Abschluss 210 beinhaltet eine obere Platte 216, gegenüberliegende Seitenplatten 218 und erste und zweite Endplatten 222, 224, wobei jede von diesen aus einem Metallblech wie z. B. rostfreiem Stahl hergestellt sein kann. Die ersten und zweiten Zugangsöffnungen 226, 228 sind in der ersten Endplatte 222 ausgebildet, während eine Wartungsöffnung 229 in der zweiten Endplatte ausgebildet ist. Erste und zweite Türen 230, 232 sind an der ersten Endplatte 222 angebracht und sind vertikal verschiebbar, um die ersten und zweiten Zugangsöffnungen 226, 228 jeweils zu öffnen und zu verschließen. Eine Tür (nicht dargestellt) verschließt die Wartungsöffnung 229.
In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Reinigungskammer in der Zelle 202 eine Breite (entlang der ersten und zweiten Endplatten) von ungefähr 9 Fuß und eine Länge (entlang der Seitenplatten) von ungefähr 10 Fuß. Somit hat die Reinigungskammer eine maximale horizontale lineare Abmessung (Ecke zu Ecke) von ungefähr 13,5 Fuß.
Ein Tropfenabscheider 48 ist an der oberen Platte 216 angebracht und ist in einer Luftstromverbindung mit der inneren Reinigungskammer der Zelle 202 durch eine Öffnung in der oberen Platte 216. Die Tropfenabscheidereinheit 48 saugt Luft aus der inneren Reinigungskammer an und ersetzt sie mit sauberer Umgebungsluft. Die entfernte Luft wird gereinigt, um vernebeltes Wasser und Öl zu entfernen. Die Tropfenabscheidereinheit 48 ist mit einem Geräuschdämpfer versehen, um akustischen Lärm zu verringern.
Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Bearbeitungsrahmen 240 gezeigt, der auf dem Boden 214 innerhalb der Reinigungskammer der Zelle 202 angebracht ist. Der Bearbeitungsrahmen 240 ist von rechteckiger Form und weist gegenüberliegende erste und zweite Endträger 242, 244 und gegenüberliegende Seitenträger 246, 248 auf. Der Bearbeitungsrahmen 240 ist so angebracht, dass der erste Endträger 242 hin zu und parallel mit der ersten Endplatte 222 vorgesehen ist und der zweite Endträger 244 hin zu und parallel mit der ersten Endplatte 224 vorgesehen ist. Eine Ständer 250 ist an dem Bearbeitungsrahmen 240 über dem Seitenträger 248 angebracht, während eine Wassersprühstruktur 252 an dem Bearbeitungsrahmen 240 über dem Seitenrahmen 246 angebracht ist. Der Ständer 250 ist vor dem und auf der rechten Seite des Roboters 204 angeordnet, während die Wasserstrahlstruktur 252 vor dem und links von dem Roboter 204 angeordnet ist.
Der Ständer 250 beinhaltet einen Tisch 254, der auf einer Basis 256 angebracht ist. Ein Zuführsystem kann vorgesehen sein, um den Ständer 250 zwischen den ersten und zweiten Endträgern 242, 244 zu bewegen. Das Zuführsystem kann luftdruckbetriebene und elektrische lineare Aktuatoren oder motorbetriebene Binder oder Retten benutzen. Lineare luftdruckbetriebene oder elektrische linearen Aktuatoren können vorgesehen sein, um den Tisch 254 bezüglich der Basis 256 vertikal zu bewegen. Der Tisch 254 hat eine vergrößerte Mittelöffnung 258, durch welche Wasser auf den Boden 214 fallen kann. Mehrere Luft- und/oder Wasserdüsen 260 sind an dem Tisch 254 um die Mittelöffnung 258 herum angebracht und erstrecken sich von dort vertikal nach oben. Die Düsen 260 können ein oder mehr Tieflochabsaugeinrichtungen 264 (in 10 dargestellt), ein oder mehr lanzettenförmige Strahldüsen 264 (in 11 dargestellt) und/oder ein oder mehr andere Typen von Wasser- oder Luftdüsen aufweisen. Eine Tieflochabsaugeinrichtung 262 ist durch eine Klammer an dem Tisch 254 so angebracht, dass sie sich horizontal nach hinten zu dem Roboter 204 hin erstreckt. Jede Tieflochabsaugeinrichtung 262 beinhaltet eine Röhre 266 zum Einführen in tiefe Löcher und durch welche Hochdruckluft ausgesprüht wird. Ein konkaver Absaugring 268 ist um eine Grundfläche der Röhre 266 herum vorgesehen. Wasser, das aus einem tiefen Loch durch Luft aus der Röhre 266 ausgespritzt wird, wird in den Absaugring 268 hineingezogen, um das Wasser aus der Umgebung zu entfernen. Jede Strahldüse 264 hat einen angefasten Kopf, durch den eine Auslassöffnung gebildet wird. Eine Strahldüse 264 kann Wasser durch saubere kleine Durchgangslöcher aussprühen oder kann Luft aussprühen, um Wasser aus engen Räumen heraus zu blasen.
Es ist auch anzumerken, dass die Düsen 260 lösbar mit Rohrleitungen verbunden sein können, um es jeder Düse 260 zu ermöglichen, dass sie entfernt werden und durch eine andere Düse von gleichem oder anderem Typus ersetzt werden kann. Die Anzahl an Leitungsverbindungen muss nicht notwendigerweise gleich der Anzahl der angebrachten Düsen 260 sein, z. B. muss nicht eine Düse 260 mit jeder Rohrverbindung verbunden sein oder mehr als eine Düse kann mit einer Rohrverbindung verbunden sein. Jede Rohrverbindung hat jedoch ihr eigenes Ventil, um den Fluss von Wasser/Luft zu der/den Düse(n) 260, die mit der Rohrverbindung verbunden sind, zu steuern. Somit kann Wasser/Luft den Düsen 260 selektiv zugeführt werden.
Es ist ferner anzumerken, dass, anstelle dass sie an dem Ständer 250 angebracht sind und sich vertikal von dort aus erstrecken, die Düsen auch an einer Struktur befestigt sein können und sich vertikal von da nach unten erstrecken, oder sie können auch an einer Struktur, die an einer der Seitenplatten 218 angebracht ist, angebracht sein und sich von da aus horizontal erstrecken.
Die Wasserstrahlstruktur 252 ist zu dem Mittelpunkt des Seitenträgers 246 hin angeordnet und beinhaltet eine Wasserdüse 78, die an einem sich vertikal erstreckenden Balken 272 angebracht ist. Die Wasserdüse 78 erstreckt sich horizontal und ist zu dem Ständer 250 hin gerichtet.
Der Roboter 204 hat im Wesentlichen die gleiche Gestaltung wie der Roboter 14, mit der Ausnahme, dass der Roboter 204 größer und leistungsfähiger ist. Die Basis 54 des Roboters 204 ist an dem Boden 214 der Basisstruktur 212 fest angebracht. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Roboter 204 ein IRB 6600 sein, welcher von ABB Inc. aus Auburn Hills, Michigan bezogen werden kann. Der IRE 6600 kann eine Nutzlast von bis zu 496 Pfund (225 kg) tragen.
Der Roboter 204 (und sein Arbeitsbereich) und die Reinigungskammer in der Zelle 202 sind so bemessen, dass sie es dem Roboter 204 ermöglichen, im Inneren der inneren Reinigungskammer der Zelle 202 betrieben zu werden, ahne dass zusätzlicher Raum um den Roboter 204 herum benötigt wird. Somit hat der Roboter 204 eine H-Reichweite, die wenigstens 40%, bevorzugt mehr als 50%, noch bevorzugterweise mehr als 60% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer in der Zelle 202 ist. In der oben beschriebenen Ausführungsform, in der die Zelle 202 eine maximale horizontale lineare Abmessung von 13,5 Fuß aufweist, ist der Roboter 204 ein IRB 6600 und hat eine H-Reichweite von ungefähr 8,4 Fuß (2550 mm), welches ungefähr 62% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer in der Zelle 202 ist.
Unter Bezugnahme auf 12 ist ein Endeffektor 274 dargestellt, der an dem Handgelenk 66 des Roboters 204 angebracht ist. Im Gegensatz zu den Endeffektoren 70, 90 ist der Endeffektor 274 ein greifender Endeffektor und ist betätigbar, um ein Werkstück, das gereinigt/entgratet werden soll, lösbar zu halten. Der Endeffektor 274 weist einen Balken 275 auf, der fest an einer Anbringung 276 befestigt ist. Ein Paar Klauen 276 sind an dem Balken 275 befestigt, wobei eine oder beide beweglich sind, um ein Werkstück zwischen den Klauen 278 in einer Klemmenart einzuklemmen. Die Anbringung 276 ist an dem Handgelenk 66 des Roboters 204 angebracht.
Das Flüssigkeitsfilterungssystem 206 weist im Wesentlichen die gleiche Struktur auf wie das Flüssigkeitsfilterungssystem 20 in der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass das Flüssigkeitsfilterungssystem 206 ungefähr die doppelte Kapazität des Flüssigkeitsfilterungssystems 20 hat. Das Nutzlastgestellt des Flüssigkeitsfilterungssystems 206 ist lösbar an der Hauptzelle 202 durch Schrauben oder andere Befestigungseinrichtungen befestigt.
Sowohl die Vorspülkammer 208 als auch die Trocknungskammer 210 hat einen modularen Aufbau, der es ermöglicht, dass die Kammer leicht an der Hauptzelle 202 als eine einheitliche Einheit befestigt und entfernt werden kann. Die zwei Kammern können lösbar mit der Hauptzelle 202 durch Schrauben oder andere lösbare Befestigungselemente verbunden werden. Obwohl die Vorspülkammer 208 als auf der linken Seite angeordnet und die Trocknungskammer 210 als auf der rechten Seite angeordnet dargestellt sind, sind die zwei Kammern und die Hauptzelle 202 so gestaltet, dass jede Kammer in Abhängigkeit von den Voraussetzungen der Fertigungsstraße, in welche die zweite Reinigungseinheit 200 eingefügt wird, auf der linken oder rechten Seite angebracht werden kann.
Die Vorspülkammer 208 beinhaltet einen oberen Abschluss 280, der auf einer unteren Basis 282 angebracht ist. Obwohl er nicht dargestellt ist, ist ein Ständer zum Halten eines Werkstücks innerhalb der Vorspülkammer 208 vorgesehen. Der Ständer kann im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie der Halterungsständer 16 in der ersten Ausführungsform aufweisen.
Der obere Abschluss 280 kann ein offenes Oberteil (wie dargestellt) aufweisen, durch welches ein Werkstück in die Vorspülkammer 208 bewegt werden kann. Außerdem kann eine Seitenwand des oberen Abschlusses 280 eine Zugangsöffnung aufweisen, durch welche ein Werkstück in die Vorspülkammer 208 bewegt werden kann. Eine Endwand des oberen Abschlusses 280 hat eine Auslassöffnung, durch welche ein Werkstück in die Hauptzelle 202 bewegt wird. Die Auslassöffnung fluchtet mit der ersten Zugangsöffnung 226 (oder der zweiten Zugangsöffnung 228), wenn die Vorspülkammer 208 mit der Hauptzelle 202 verbunden wird. Die Vorspülkammer 208 kann ein Werkstück vorspülen, indem das Werkstück in Wasser eingetaucht wird. In dieser Ausführungsform ist ein Halteabschnitt der Vorspülkammer 208 dafür angepasst, eine Wassermenge aufzubewahren, die ausreichend ist, um das Werkstück einzutauchen, während es von dem Ständer gehalten wird. Ein steuerbarer Wasserzufluss und ein steuerbarer Abfluss ermöglichen es, dass der Halteabschnitt selektiv mit Wasser gefüllt werden kann und dass dieses abgelassen wird, um die Eintauchwassermenge zu erzeugen und zu entfernen. Das Eintauchwasser kann durch Wasserstrahlen turbulent gemacht werden, die um das Innere der Vorspülkammer 208 herum angebracht sind. Zusätzlich oder anstelle des Eintauchens des Werkstücks kann das Werkstück mit Niedrigdruckwassersprühstrahlen besprüht werden. In dieser Hinsicht kann ein U-förmiges Sprührohr 284 im Inneren der Vorspülkammer 208 wie dargestellt angebracht werden. Mehrere Öffnungen sind in der Sprührohr 284 entlang ihres Wegs ausgebildet. Die Öffnungen sind positioniert, um Wassersprühstrahlen zu erzeugen, die auf das Werkstück gerichtet sind. Der Ständer kann gedreht werden, um alle Seiten des Werkstücks vorzuspülen. Das Wasser, das in der Vorspülkammer 208 benutzt wird, ist nicht erhitzt und beinhaltet keine Zusatzstoffe. Benutztes Wasser aus der Vorspülkammer 208 wird in einer Wanne aufgesammelt, die in der Basis 282 angeordnet ist. Die Wanne ist mit dem Flüssigkeitsfilterungssystem 206 verbunden, so dass das benutzte Wasser aus der Vorspülkammer 208 durch das Flüssigkeitsfilterungssystem 206 hindurch geleitet und gefiltert wird. Das Wasser wird dann in der Vorspülkammer 208 oder in der Hauptzelle 202 wieder benutzt.
Die Trocknungskammer 210 beinhaltet einen oberen Abschluss 290, der auf einer unteren Basis 292 angebracht ist. Obwohl er nicht dargestellt ist, ist ein Ständer zum Halten eines Werkstücks innerhalb der Trocknungskammer 210 vorgesehen. Der Ständer kann im Wesentlichen die gleiche Struktur wie der Halterungsständer 16 in der ersten Ausführungsform haben. Der obere Abschluss 290 kann ein offenes Ende (wie dargestellt) aufweisen, durch welches ein Werkstück aus der Trocknungskammer 210 heraus bewegt werden kann. Auch kann eine Seitenwand des Abschlusses 290 eine Ausgangsöffnung aufweisen, durch welche ein Werkstück aus der Trocknungskammer 210 heraus bewegt werden kann. Eine Endwand des oberen Abschlusses 290 hat eine Zugangsöffnung, durch welche ein Werkstück aus der Hauptzelle 202 heraus bewegt werden kann. Die Zugangsöffnung fluchtet mit der zweiten Zugangsöffnung 228 (oder der ersten Zugangsöffnung 226) wenn die Vortrocknungskammer 210 mit der Hauptzelle 202 verbunden ist. Erste und zweite Gruppen von Luftdüsen 294 sind an gegenüberliegenden Seitenwänden des oberen Abschlusses 290 angebracht und sind zu dem Ständer hin gerichtet. Druckluft wird den Luftdüsen 294 durch ein Ringkanalgebläse 296, das in der Basis 292 angebracht ist, zugeführt. Die Luft kann geringfügig auf eine Temperatur von ungefähr 80°F bis ungefähr 90°F erwärmt sein. Das Ringkanalgebläse 296 kann eine direkte Antriebskonstruktion aufweisen, bei der ein Gebläserad direkt auf einer Welle eines Elektromotors angebracht ist. Luft, die von den Luftdüsen 294 bereitgestellt wird, gleitet über und wirbelt um das Werkstück, das auf dem Ständer gehalten wird, herum, um somit Wasser auf dem Werkstück zum Verdampfen zu bringen. Der Ständer kann gedreht werden, um sicherzustellen, dass Luft auf alle Seiten des Werkstücks geblasen wird.
Das Steuerungssystem 18 (das gleiche wie in der ersten Ausführungsform) steuert den Betrieb des Roboters 204, des Ständers 250 in der Reinigungskammer, des Ständers in der Vorspülkammer 208 und der Trocknungskammer 210 und den Betrieb der Ventile, durch welche Wasser oder Luft (je nachdem) für den Ständer 250, die Wasserstrahlstruktur 252, das Sprührohr 284 und die Luftdüsen 294 bereitgestellt wird. Die Robotersteuerungseinrichtung des Steuerungssystems 18 ist mit dem Roboter 204 z. B. durch mehrere Kabel, einschließlich eines Motorstromkabels, eines Messsignalkabels und einem oder mehrerer Kommunikationskabel verbunden. Bei der Robotersteuerungseinrichtung ist der Prozessor betreibbar, um Steuerungssoftware auszuführen, die im Arbeitspeicher gespeichert ist, um den Betrieb des Roboters 204 zu steuern.
Zusätzlich zum Steuern des Roboters 4 kann die Robotersteuerungseinrichtung auch den Betrieb des Ständers 250 in der Reinigungskammer und des Ständers in der Vorspülkammer 208 und der Trocknungskammer 210 sowie auch den Betrieb der Ventile, durch welche Wasser oder Luft (je nachdem) dem Ständer 250, der Wasserstrahlstruktur 252, dem Sprührohr 284 und der Luftdüsen 294 zugeführt wird, steuern. Auch können ein separates PLC und zugeordnete I/O-Module den Betrieb dieser Einrichtungen steuern. Die Steuerung des Roboters 204 ist mit der Steuerung dieser Geräte integriert, um Verfahren des Entgratens und/oder Reinigens von Werkstücken durchzuführen.
Das Reinigen eines Werkstücks (wie z. B. das Werkstück 120) in der zweiten Reinigungseinheit 200 wird nun beschrieben werden. Beim Beginn jedes Reinigungsprozesses werden die ersten und zweiten Türen 230, 232 geschlossen und die Tür, die die Wartungsöffnung 229 schließt, wird geschlossen. Das Werkstück 120 wird auf den Tisch 112 der Halterung innerhalb der Vorspülkammer 208 manuell oder durch einen Beladeroboter, einen Kran oder eine andere Beladeeinrichtung positioniert.
Das Werkstück 120 wird in Wasser eingetaucht und/oder mit Wasser besprüht, während der Tisch 112 gedreht wird.
Nach dem Vorspülen öffnet sich die erste Tür 230 und der Roboter 204 bewegt der Endeffektor 270 in die Vorspülkammer 208 und greift das Werkstück 120 mit dem Endeffektor 270. Der Roboter 204 bewegt dann das Werkstück 120 in die Reinigungskammer der Zelle 202 und die erste Tür 230 schließt sich. Eine Reinigungsroutine wird dann auf dem Werkstück 120 ausgeführt. Wasser oder Luft (je nachdem) wird einer ausgewählten Reinigungsvorrichtung, z. B. einer der Düsen 260, der Tieflochabsaugeinrichtung 262, die auf der Seite des Tischs 254 angebracht ist, oder der Wasserstrahlstruktur 252 zugeführt. Gemäß einer vorprogrammierten Routine bringt der Roboter 204 das Werkstück 120 in Kontakt mit dem Nasser/Luftsprühstrahl, der von der ausgewählten Reinigungsvorrichtung ausgeht und bewegt das Werkstück 120 bezüglich dem Sprühstrahl/den Sprühstrahlen, um das Werkstück 120 zu reinigen. Insbesondere bewegt der Roboter 204 das Werkstück 120, um jede der verschiedenen Oberflächen des Werkstücks 120 rechtwinklig und in einem vorbestimmten Abstand von dem Sprühstrahl/den Sprühstrahlen zu positionieren, während er das Werkstück 120 in einer Folge von geradlinigen oder gekrümmten Wegen bewegt. In Abhängigkeit von der Struktur des Werkstücks 120 können zusätzliche Reinigungsroutinen unter Benutzung von verschiedenen Reinigungsvorrichtungen vor oder nach der Reinigungsroutine, die oben beschrieben wurde, durchgeführt werden. Z. B. kann die Wasserdüse 78 der Wasserstrahlstruktur 252 in der oben beschriebenen Reinigungsroutine benutzt werden und wenn das Werkstück 120 ein oder mehr Bohrungen aufweist, kann eine anschließende Reinigungsroutine unter Benutzung einer der Tieflochabsaugeinrichtungen 262, die an dem Tisch 254 angebracht ist, durchgeführt werden, wobei der Roboter 204 das Werkstück 120 so bewegt und handhabt, dass die Röhre 266 der Tieflochabsaugeinrichtung 262 in die Bohrungen eingeführt wird, um das Innere davon zu reinigen.
Nachdem das Werkstück 120 in der Reinigungskammer der Zelle 202, wie oben beschrieben, gereinigt wurde, wird die zweite Tür 232 geöffnet und der Roboter 204 bewegt das Werkstück 120 in die Trocknungskammer 210 durch die zweite Zugangsöffnung 228. Der Roboter 204 platziert das Werkstück 120 auf dem Tisch 112 des Ständers innerhalb der Trocknungskammer 210, lässt das Werkstück 120 los und zieht sich dann vollständig in die Reinigungskammer zurück. Die zweite Tür 232 schließt sich dann. Erhitzte Luft wird den Luftdüsen 294 zugeführt und wirbelt um das Werkstück 120 herum, um somit das Werkstück 120 zu trocknen. Sobald das Werkstück 120 trocken ist, wird das Werkstück aus der Trocknungskammer 210 manuell oder durch einen Beladeroboter, einen Kran oder eine andere Beladeeinrichtung entfernt.
Es ist anzumerken, dass die Beschreibung der vorherigen exemplarischen Ausführungsformen) nur als Illustration, im Gegensatz zur Beschränkung, der vorliegenden Erfindung gedacht sind. Der Fachmann wird in der Lage sein, zusätzliche Hinzufügungen, Entfernungen und/oder Veränderungen an den Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands zu machen, ohne von der Grundidee oder dem Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert wird, abzuweichen.

Claims

Robotisches Reinigungssystem zum Reinigen eines Werkstücks, wobei das robotische Reinigungssystem aufweist: eine Reinigungszelle mit einem Boden, einer oberen Wand und einer oder mehreren Seitenwänden, wobei die Reinigungszelle eine innere Reinigungskammer mit einer maximalen horizontalen linearen Abmessung definiert; eine Vorspülkammer, die entfernbar mit der Reinigungszelle verbunden ist; eine Trocknungskammer, die entfernbar mit der Reinigungszelle verbunden ist; einen Roboter, der vollständig innerhalb der Reinigungskammer der Reinigungszelle vorgesehen ist, wobei der Roboter eine Basis, die auf dem Boden angebracht ist, und einen Endeffektor zum Greifen eines Werkstücks aufweist, wobei der Roboter eine maximale horizontale Reichweite hat, die wenigstens 40% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer ist; erste und zweite Sprüheinrichtungen, die innerhalb der inneren Reinigungskammer angebracht sind und betätigbar sind, um Flüssigkeiten zu sprühen, wobei die erste Sprüheinrichtung betätigbar ist, um eine Flüssigkeit in eine andere Richtung als die zweite Sprüheinrichtung zu sprühen; und eine Steuerungseinrichtung, die mit dem Roboter verbunden ist und betätigbar ist, um den Roboter so zu steuern, dass er ein Reinigungsverfahren mit dem Betreiben des Roboters, dass er das Werkstück aus der Vorspülkammer in die Reinigungskammer bewegt, dass er das Werkstück relativ zu wenigstens der ersten und/oder zweiten Sprüheinrichtung in der Reinigungskammer bewegt und dass er das Werkstück zu der Trocknungskammer bewegt durchführt.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 1, bei welcher der Roboter eine maximale horizontale Reichweite hat, die wenigstens 50% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer ist.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 1, bei welcher der Roboter betätigbar ist, um sich um sechs Achsen zu bewegen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 1, bei welcher die erste Sprüheinrichtung an einem Ständer angebracht ist, der auf einem Boden der Reinigungszelle angebracht ist.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 4, bei welcher der Ständer beweglich ist.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 5, bei welcher der Ständer einen Tisch aufweist, der beweglich an einer Basis angebracht ist.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 6, bei der sich die erste Sprüheinrichtung vertikal nach oben von dem Tisch aus erstreckt und betätigbar ist, um eine Flüssigkeit nach oben zu sprühen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 7, ferner mit einer dritten Sprüheinrichtung, die an dem Tisch angebracht ist und sich horizontal von diesem erstreckt.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 8, bei welcher die dritte Sprüheinrichtung eine Tieflochabsaugeinrichtung mit einem Absaugring ist, der um eine Röhre herum angeordnet ist, und durch welche Druckluft ausgestrahlt wird.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 9, bei welcher die erste Sprüheinrichtung eine Strahldüse ist, durch welche Wasser ausgestrahlt wird.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 10, bei welcher der Ständer zu einer ersten Seite des Reinigungszelle hin angeordnet ist, und bei welcher die zweite Sprüheinrichtung eine Wasserdüse aufweist, die auf einem sich vertikal erstreckenden Balken so angebracht ist, dass sie über den Boden erhöht ist, wobei der Balken zu einer zweiten Seite der Reinigungszelle hin angeordnet ist, die der ersten Seite gegenüberliegt, und bei welcher die Wasserdüse betätigbar ist, um Wasser horizontal zu dem Ständer hin auszusprühen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 1, bei welcher wenigstens eine der Flüssigkeiten, die von der ersten und der zweiten Sprüheinrichtung gesprüht wird, Wasser aufweist, und bei welcher wenigstens ein Abschnitt des Bodens der Reinigungszelle mit einem Gitter versehen ist, um das Nasser dadurch fließen zu lassen, und wobei die robotische Reinigungszelle ferner aufweist: eine Wanne, um Wasser, das durch den Boden hindurch fällt, aufzusammeln, wobei die Wanne unterhalb des Bodens angebracht ist; ein Filterungssystem, das betätigbar ist, um Wasser aus der Wanne zu filtrieren, wobei das Filterungssystem aufweist: einen Makrofilter, der betätigbar ist, um große Rückstände aus dem Wasser zu entfernen; einen Abscheider, der betätigbar ist, um Öl aus dem Wasser zu entfernen; eine Behandlungseinheit, die betätigbar ist, um das Nasser mit ultraviolettem Licht zu behandeln; einen Mikrofilter, der betätigbar ist, um feine Teilchen aus dem Wasser zu entfernen; eine Boosterpumpe, die betätigbar ist, um das Wasser aus der Behandlungseinheit zu dem Mikrofilter zu pumpen; und eine Plattform, die lösbar an der Reinigungszelle befestigt ist; und bei welcher der Makrofilter, der Abscheider, die Behandlungseinheit und der Mikrofilter zusammen als eine integrierte Einheit an der Plattform befestigt sind.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 1, bei welcher die Vorspülkammer einen drehbaren Ständer aufweist, auf dem das Werkstück abgestützt werden kann, und bei der die Vorspülkammer dafür angepasst ist, eine Wassermenge zu enthalten, die ausreicht, um das Werkstück einzutauchen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 13, bei welcher die Trocknungskammer einen drehbaren Ständer, auf dem ein Werkstück abgestützt werden kann, und mehrere Luftdüsen aufweist, durch welche Druckluft auf das Werkstück gerichtet werden kann.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 14, bei welcher die Ständer in der Vorspülkammer und der Trocknungskammer durch Aktuatoren, die durch das Steuerungssystem gesteuert werden, jeweils drehbar sind.
Robotisches Reinigungssystem zum Reinigen eines Werkstücks, wobei das robotische Reinigungssystem aufweist: eine Reinigungszelle mit einem Boden, einer oberen Wand und einer oder mehreren Seitenwänden, wobei die Reinigungszelle eine innere Reinigungskammer mit einer maximalen horizontalen linearen Abmessung definiert; einen Roboter, der vollständig innerhalb der Reinigungskammer der Reinigungszelle vorgesehen ist, wobei der Roboter eine maximale horizontale Reichweite aufweist, die wenigstens 40% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer ist; eine Sprüheinrichtung, die an dem Roboter angebracht ist und betätigbar ist, um mit Druck beaufschlagtes Wasser zu sprühen; einen Ständer, der innerhalb der Reinigungszelle angebracht ist, wobei der Ständer aufweist: einen Tisch zum Abstützen eines Werkstücks, eine Halterung, an welcher der Tisch beweglich befestigt ist, und einen Aktuator zum Bewegen des Tischs; ein Steuerungssystem, das mit dem Roboter und dem Ständer verbunden ist und betätigbar ist, um den Roboter und den Ständer zu steuern, um ein Reinigungsverfahren mit dem Betätigen des Roboters, um die Sprüheinrichtung relativ zu dem Werkstück zu bewegen und mit dem Bewegen des Tischs, damit verschiedene Oberflächen des Werkstücks dem Roboter zugewandt sind, durchzuführen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 16, bei welcher der Aktuator betätigbar ist, um den Tisch entlang wenigstens einer Translationsachse oder um wenigstens eine Rotationsachse zu bewegen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 16, bei welcher der Roboter eine maximale horizontale Reichweite hat, die wenigstens 50% der maximalen horizontalen linearen Abmessung der Reinigungskammer ist.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 16, bei welcher der Roboter betätigbar ist, um sich um sechs Achsen zu bewegen.
Robotische Reinigungszelle nach Anspruch 16, bei welcher wenigstens ein Abschnitt des Bodens der Reinigungszelle mit einem Gitter versehen ist, um das Wasser dadurch fließen zu lassen, und wobei die robotische Reinigungszelle ferner aufweist: eine Wanne zum Aufsammeln von Wasser, das durch den Boden fällt, wobei die Wanne unterhalb des Bodens angebracht ist; ein Filterungssystem, das betätigbar ist, um Wasser von der Wanne zu filtern, das Filterungssystem mit: einem Makrofilter, der betätigbar ist, um große Rückstände aus dem Wasser zu entfernen; einem Abscheider, der betätigbar ist, um Öl aus dem Wasser zu entfernen; einer Behandlungseinheit, die betätigbar ist, um das Wasser mit ultraviolettem Licht zu behandeln; einem Mikrofilter, der betätigbar ist, um feine Teilchen aus dem Wasser zu entfernen; einer Boosterpumpe, die betätigbar ist, um das Wasser aus der Behandlungseinheit zu dem Mikrofilter zu pumpen; und einer Plattform, die entfernbar an der Reinigungszelle befestigt ist; und bei welcher der Makrofilter, der Abscheider, die Behandlungseinheit und der Mikrofilter zusammen als eine integrierte Einheit auf der Plattform angebracht sind.