DE19938114A1

DE19938114A1 - Maschine mit einem lösbar befestigten Werkzeug

Info

Publication number: DE19938114A1
Application number: DE19938114A
Authority: DE
Inventors: Reiner Melcher
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-22

Abstract

An einem Roboter ist ein beispielsweise als Greifer zum Öffnen der Motorhauben oder Türen zu beschichtender Fahrzeugkarossen dienendes Werkzeug über eine Magnetkupplung befestigt, die sich bei Überlast nach Art einer Sollbruchstelle selbsttätig öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einem lösbar befestig ten, insbesondere mehrachsig (also mit mehreren Freiheitsgra den) bewegbaren Werkzeug zum Handhaben, Behandeln oder Bearbei ten von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Maschinen dieser Art besteht die Gefahr der Be schädigung der Maschine oder auch des Werkstücks durch unzuläs sig hohe Belastungen. Beispielsweise bei der selbsttätigen Be schichtung von Werkstücken wie Kraftfahrzeugkarossen bestehen typisch Beschädigungsmöglichkeiten bei den automatischen Be schichtungsmaschinen oder Lackierrobotern, deren elektrostati sche Lackzerstäuber oder pneumatische Sprühpistolen gegen das Werkstück stoßen und abbrechen können, oder bei mit Greifhaken arbeitenden Robotern zum Öffnen von Hauben und Türen der Karos sen (EP 133 513, DE 32 44 053). Im Fall von Robotern können u. a. deren Getriebeelemente beschädigt werden, wenn beispiels weise ein Greifer ungewollt mit einer Karosse kollidiert oder etwa durch klemmende oder zu schwere Werkstücke überlastet wird. Die Greifer oder sonstigen Werkzeuge waren bisher fest am Roboter angeschraubt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der ge nannten Gattung anzugeben, bei der keine unzulässig hohen Kräf te zwischen dem Werkzeughalteglied und dem Restteil der Maschi ne übertragen werden können, und zwar insbesondere dann, wenn das Werkzeug im Betrieb beliebige Kipp-, Schwenk-, Zug- oder sonstige, u. U. auch komplizierte Bewegungen ausführen muß, wie es bei dem erwähnten Beispiel der Handhabung oder Beschichtung von Werkstücken der Fall ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen definierte Maschine gelöst.

Bei dieser Maschine lösen, d. h. entfernen sich die beiden Teile der Kuppeleinrichtung im Überlastfall voneinander nach dem Prinzip einer Sollbruchstelle, wobei aber weder die Teile der Kuppeleinrichtung noch die Maschine und in der Regel auch nicht das Werkzeug oder das Werkstück beschädigt werden. Vielmehr sollen die beiden Kupplungsteile nach der Trennung problemlos wieder zusammenfügbar sein.

Obwohl auch andere, z. B. pneumatisch haftende Kuppeleinrichtun gen oder elektromagnetische Kupplungen denkbar sind, wird für den hier betrachteten Zweck eine mit Permanentmagneten arbei tende Magnetkupplung bevorzugt, die keine Leitungen benötigt. Bei einer solchen Kupplung kann allerdings das Problem beste hen, daß in Beschichtungsanlagen mit explosionsgefährdeter Lack- oder Lösemittelumgebung keine Funkenbildung möglich sein darf. Dieses Zusatzproblem wird durch entsprechende Merkmale der abhängigen Ansprüche gelöst, wobei wesentlich ist, daß die Magnet- und Eisenbestandteile der Magnetkreise der beiden Kupp lungsteile beim Schließen der Kupplung nicht aufeinanderschla gen sollen, sondern einander bei geschlossener Kupplung berüh rungslos gegenüberliegen.

Die Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, daß die beschriebe ne Kuppeleinrichtung das bisher oft mühsame und zeitaufwendige Abmontieren und Wiederbefestigen von Sprühvorrichtungen, Grei fern oder sonstigen Werkzeugen erheblich vereinfacht. Robo teranbauten wie Greifwerkzeuge oder Lackierzerstäuber haben da durch beim Wechsel und bei Reinigungsarbeiten kürzere Montage- und Wechselzeiten als bisher. Das schnelle Auswechseln gegen neue oder andere Werkzeuge kann beispielsweise erforderlich sein, wenn die erwähnten Greifroboter mit unterschiedlichen, an die jeweilige Tür- und Haubengeometrie der Karosse angepaßten Werkzeugen ausrüstbar sein sollen.

An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Motorhaubenöffners mit einer Magnetkupplung;

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung der Magnetkupp lung nach Fig. 1; und

Fig. 3 einen Türöffner als weiteres Ausführungsbeispiel.

Das maschinenseitige Befestigungsglied 1 des in Fig. 1 darge stellten Motorhaubenöffners kann in an sich bekannter Weise beispielsweise an die Handachse eines üblichen 6-achsigen Robo ters (nicht dargestellt) oder eines speziellen 5-achsigen Hau benhandlingroboters angebaut sein. Der zum Öffnen der Motorhau be (nicht dargestellt) einer zu beschichtenden Karosse dienende Greifer 2 ist an einem Halteglied 3 angebracht, das seinerseits an dem Befestigungsglied 1 über eine Magnetkupplung 5 lösbar befestigt ist. Die Magnetkupplung 5 besteht im wesentlichen aus zwei trennbaren, also voneinander entfernbaren Teilen 6 und 7, die fest mit dem Befestigungsglied 1 bzw. mit dem Halteglied 3 verbunden sind.

Wie in Fig. 2 erkennbar ist, ist das maschinenseitige Teil 6 der Magnetkupplung 5 mit dem Befestigungsglied 1 über einen Kraftsensor 10 verbunden, der in an sich bekannter Weise die Greifkräfte in allen Angriffsrichtungen mißt, um die korrekte Haubenhandhabung zu überwachen, und der darüber hinaus eine Kollisionskontrolle ermöglicht.

Die zwischen dem Greifer 2 (Fig. 1) und dem Greifkraftsensor 10 eingebaute Magnetkupplung 5 soll im Überlastfall vor mechani schen Beschädigungen des Roboters und der Karosse schützen. Ih re Teile 6 und 7 bestehen im wesentlichen aus zwei Eisen- oder Stahlscheibenkonstruktionen mit einander zugewandten ebenen, z. B. kreisförmigen Stirnflächen 12 bzw. 13. In die Stirnfläche 12 des einen Teils 6 sind um die Mittelachse der Kupplung ver teilt mehrere scheibenförmige Permanentmagnete 14 so einge setzt, beispielsweise eingepreßt oder eingeklebt, daß ihre der werkzeugseitigen Stirnfläche 13 zugewandten ebenen Stirnflächen mit der maschinenseitigen Stirnfläche 13 fluchten, also in der selben Ebene liegen. Die Permanentmagnete könnten statt dessen auch in der Stirnfläche 13 oder in beiden Stirnflächen 12 und 13 angeordnet sein. Bei dem betrachteten Beispiel kann die Kupplung 5 einen Durchmesser von ungefähr 100 mm haben.

An dem einen, in der Zeichnung unteren Rand der Teile 6 und 7 schließt sich an die Stirnfläche 12 bzw. 13 jeweils ein ange formter Steuerblock 11 bzw. 11' an, wobei der Steuerblock 11 des Teils 6 axial etwas über die Ebene der Stirnfläche 12 vor springen kann.

Um zu verhindern, daß die eisenmetallischen Flächen der Teile 6 und 7 beim Schließen der Kupplung aufeinanderschlagen, trägt das Teil 6 darstellungsgemäß (vgl. auch Fig. 1) an dem außer halb des Steuerblocks 11 verlaufenden Teil seines Umfangs und im Bereich zwischen der Stirnfläche 12 und dem Steuerblock ei nen axial in Richtung zu dem Teil 7 über die Stirnfläche 12 vorspringenden kreisförmigen Flanschring 16, beispielsweise aus Kunststoff oder einem Nichteisenmetall oder verkleidetem Me tall, der bei geschlossener Kupplung an der ihm zugewandten Stirnfläche des Teils 7 anliegt, so daß ein kleiner Abstand (z. B. 0,5 mm oder weniger) zwischen den von dem Flanschring 16 umschlossenenen Stirnflächen 12 und 13 und zwischen den Steuer blöcken 11, 11' eingehalten wird. Der Flanschring 16 dient zu gleich als Dichtung zum Schutz der Stirnflächen 12, 13 und so mit des Magnetkreises vor Verunreinigungen.

Bei geschlossener Kupplung sind ihre Teile 6 und 7 durch in entsprechende Bohrungen eingreifende Zentrierstifte 18 drehfest aneinander fixiert. Zum manuellen Öffnen der Kupplung sitzt im Zentrum der Stirnfläche 12 ein drehbarer Entriegelungsexzenter 20, dessen Nockenfläche aus einer bei geschlossener Kupplung zurückgezogenen Position durch eine Schraube 21 in eine Entrie gelungsposition gedreht werden kann, wobei er gegen das Zentrum der Stirnfläche 13 stößt und die beiden Kupplungsteile entgegen der Magnetkraft so weit auseinanderdrückt, daß das Halteglied 3 zum Reinigen oder Werkzeugwechsel vom Roboter abgenommen werden kann. Bei Verwendung verschiedenartiger Werkzeuge dient die Kupplung also nicht nur als Sollbruchstelle, sondern auch als Schnittstelle.

Beim manuellen oder selbsttätigen Öffnen der Kupplung ist es aus Sicherheitsgründen zweckmäßig, eine Verbindung der Kupp lungsteile 6, 7 über ein flexibles Stahlfangseil (nicht darge stellt) bestehen zu lassen. Dieses Fangseil kann beispielsweise einerseits am werkzeugseitigen Teil 7 befestigt und anderer seits von Hand lösbar an dem Exzenter 20 im maschinenseitigen Teil 6 eingehakt sein und eine solche Länge haben (bei dem be trachteten Beispiel etwa 110 mm), daß das Kupplungsteil 7 mit dem Halteglied 3 abkippen kann.

Durch die Magnetkupplung 5 können Druckluftkanäle für eine pneumatische Betätigung des Greifmechanismus führen, deren Schnittstelle durch dichtend aufeinanderstoßende Öffnungen 23 in den Steuerblöcken 11, 11' der beiden Kupplungsteile 6, 7 ge bildet sind. Ferner ist ein Näherungsindikator vorgesehen, des sen Sender 25 und Empfänger 26 in die Teile 6 bzw. 7 der Kupp lung eingebaut sind. Alle pneumatischen und elektrischen Lei tungen können nach außen abgedeckt durch das bei 27 dargestell te Gehäuse führen.

Die Haltekräfte der aus einem zweckentsprechenden Werkstoff be stehenden Permanentmagnete 14 sind so gewählt, daß die im nor malen Betrieb auftretenden Kräfte ohne Öffnung der Kupplung 5 übertragen werden. Beispielsweise beträgt die maximale Öff nungskraft bei einem Motorhaubenöffner typisch 250 N, bei einem Türöffner dagegen nur 100 N. Bei Überlast beispielsweise infol ge einer Kollision mit einer Karosse wird dagegen selbsttätig die räumliche Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen 6, 7 einschließlich eventueller Leitungsverbindungen getrennt. Die Kupplungstrennung kann durch den Kraftsensor 10 und/oder durch den Näherungsindikator 25, 26 gemeldet werden. Bei dieser Mel dung werden selbsttätig u. a. die zu den Öffnungen 23 führenden maschinenseitigen Pneumatikkanäle geschlossen und sonstige ggf. erforderliche Steuersignale erzeugt, etwa zum Anhalten der Ma schine.

Der in Fig. 3 dargestellte Türöffner entspricht hinsichtlich der Magnetkupplung 35 im wesentlichen dem Motorhaubenöffner ge mäß Fig. 1 und 2. Wenn keine Steuerleitungen notwendig sind, kann sich der dem Flanschring 16 entsprechende Abstandhalter- und Dichtungsring 16' hier aber um den gesamten kreisförmigen Umfang der Kupplungsteile 36 und 37 erstrecken. Ferner kann das werkzeugseitige Kupplungsteil 37 mit dem Werkzeughalteglied 33 einstückig verbunden sein;

Claims

1. Maschine mit einem lösbar an einem Maschinenglied (1) befestigten Halteglied (3) für ein insbesondere mehrach sig bewegbares Werkzeug (2) zum Handhaben, Behandeln oder Bearbeiten von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeughalteglied (3) an dem Maschinenglied (1) über eine zweiteilige Kup peleinrichtung (5) befestigt ist, deren Teile (6, 7) bei unzulässig hoher Belastung des Werkzeugs (2) oder seines Haltegliedes (3) selbsttätig beschädigungslos voneinan der getrennt werden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppeleinrichtung eine Magnetkupplung (5) ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkupplung (5) durch maschinenseitige bzw. werk zeugseitige Teile (6, 7) mit einander bei geschlossener Kupplung parallel gegenüberliegenden Stirnflächen (12, 13) und durch mindestens einen in der einen Stirnfläche (12) angeordneten Permanentmagneten (14) gebildet ist, welcher der anderen Stirnfläche (13) bei geschlossener Kupplung berührungslos gegenüberliegt, wobei die Maschi nen- und Halteglieder (1, 3) oder die Kupplungsteile (6, 7) aneinander anliegende Anschlagflächen (16) haben, von denen mindestens eine aus einem Nichteisenwerkstoff ge bildet ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Anschlagfläche (16) aus Kunststoff besteht.

5. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Anschlagfläche durch einen über die eine Stirnfläche (12) in Richtung zu der anderen Stirnfläche (13) vorspringenden Ring (16) gebildet ist.

6. Maschine nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß in der Stirnfläche (12) scheibenförmige Magnete (14) verteilt sind, deren der anderen Stirnfläche (13) zugewandte ebene Oberflächen in der Ebene der sie umge benden Bereiche der Stirnfläche (12) liegen, in der sie angeordnet sind.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Stirnfläche (12) ein drehbarer Exzenter (20) angeordnet ist, durch dessen Drehung die Kupplungsteile (6, 7) zum Lösen der Kupplung (5) gegen die Magnethaftkraft auseinanderdrückbar sind.

8. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile (6, 7) bei gelö ster Kupplung (5) nur durch ein flexibles Fangseil ver bunden sind.

9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppeleinrichtung (5) an dem Ma schinenglied (1) über einen Kraftsensor (10) befestigt ist, der bei geschlossener Kupplung auf die auf das Werkzeug (2) oder sein Halteglied (3) wirkenden Kräfte anspricht, und durch den beim selbsttätigen Lösen der Kupplung ein Signal auslösbar ist.

10. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander lösbaren Kupplungs teile (6, 7) eine Meldeeinrichtung (25, 26) enthalten, die bei Trennung der Kupplungsteile ein Signal erzeugt.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldeeinrichtung aus einem Näherungsindikator mit einem Sender (25) im oder am einen Kupplungsteil (6) und einem Empfänger (26) im oder am anderen Kupplungsteil (7) besteht.

12. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Roboter oder eine andere mehrachsig bewegbare Maschine und das Werkzeug ein Grei fer oder eine Sprüh- oder Beschichtungsvorrichtung ist.

13. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr wahlweise auf das ma schinenseitige Kupplungsteil (6) aufsetzbare Kupplungs teile (7) mit jeweils anderen Werkzeugen oder einem Aus tauschwerkzeug vorgesehen sind.