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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Greifer zum positionsgenauen Greifen mindestens eines Bauteils für eine Vorbereitung einer Bauteilbehandlung. Der Greifer ist beispielsweise in einer Automatisierungsanlage verwendbar, die insbesondere eine Fertigungsstraße für ein Fahrzeug, oder einen sonstigen Gegenstand ist, bei welchem das Bauteil mit einem robotergeführten Greifer zu handhaben ist.
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In Automatisierungsanlagen, wie Behandlungs- und/oder Produktionsanlagen oder Fertigungsstraßen für industriell gefertigte Gegenstände, insbesondere Kraftfahrzeuge, Mediengeräte, Möbel, usw., werden üblicherweise einzelne Bauteile des zu behandelnden oder zu fertigenden Gegenstands von einem Ort zum anderen bewegt und/oder das Bauteil um seine Achse geschwenkt und/oder für eine bestimmte Behandlungsweise in einer speziellen Position gehalten, usw.
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Problematisch ist, wenn Bauteile in einem Bauteilträger gestapelt angeliefert werden, in welchem die Position der Bauteile undefiniert ist. Damit ein Bauteil, wie beispielsweise ein Fahrzeugdach oder ein Karosserieseitenteil, usw., dennoch positionsgenau an die dafür vorgesehene spezielle Montageposition an der Karosserie gehalten oder auf eine spezielle Ablageposition gelegt werden kann, kann folgendermaßen vorgegangen werden. Zunächst wird das Bauteil mit einem Roboter aus dem Bauteilträger entnommen und zu einer Zentriervorrichtung transportiert. Die Zentriervorrichtung hat eine schiefe Ebene, mit welcher das Bauteil in eine definierte Position gerutscht wird. Aus dieser definierten Position kann das Bauteil anschließend von einem weiteren Roboter aufgenommen werden und dann zu der Montageposition oder Ablageposition transportiert werden.
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Nachteilig an einer derartigen Vorgehensweise ist, dass zum Transport des Bauteils aus der undefinierten Position im Bauteilträger bis zu der definierten Montageposition oder Ablageposition zwei Roboter benötigt werden. Dies ist allein durch die Vorhaltung und den Betrieb der beiden Roboter sehr teuer. Außerdem benötigen die beiden Roboter sehr viel Platz, der oft nicht zur Verfügung steht oder aufwändig und teuer bereitgestellt werden muss. Noch dazu ist die beschriebene Vorgehensweise sehr zeitintensiv, was bei den immer kürzer werdenden Taktzeiten einer Automatisierungsanlage nachteilig ist. Außerdem werden die Bauteile in der Zentriervorrichtung mechanisch beansprucht, was in der Regel unerwünscht ist.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Greifer zum positionsgenauen Greifen mindestens eines Bauteils für eine Vorbereitung einer Bauteilbehandlung bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll ein Greifer zum positionsgenauen Greifen mindestens eines Bauteils für eine Bauteilbehandlung bereitgestellt werden, der den Transport eines Bauteils aus einem Bauteilträger bis zu einer definierten Montageposition oder Ablageposition weniger aufwändig als bisher realisiert.
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Diese Aufgabe wird durch einen Greifer zum positionsgenauen Greifen mindestens eines Bauteils für eine Vorbereitung einer Bauteilbehandlung nach Anspruch 1 gelöst. Der Greifer hat eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Lage des Bauteils in einer Bauteillagervorrichtung, in welcher mindestens ein Bauteil in zumindest teilweise undefinierter Position lagert, und eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des Bauteils, wobei die Positionserfassungseinrichtung an dem Greifer derart angeordnet und ausgestaltet ist, unter Steuerung einer Steuereinrichtung die Position des Greifers in mindestens zwei verschiedenen Richtungen im Raum relativ zum Bauteil kontaktlos zu erfassen, um die Position des Greifers relativ zum Bauteil in den mindestens zwei verschiedenen Richtungen im Raum relativ zum Bauteil derart nacheinander anzupassen, dass die Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des Bauteils an einer vorbestimmten Position an dem Bauteil positioniert ist.
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Der Greifer ist derart ausgestaltet, dass das Bauteil bereits mit einer großen Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit definiert aus dem Bauteilträger entnommen werden kann und dann positionsgenau abgelegt werden kann, ohne dass Aufnahmestifte oder Einweiser an der Aufnahmeposition unbedingt erforderlich wären. Hierbei passt sich der Greifer vor der Aufnahme des Bauteils an die individuelle Bauteillage an. Dadurch werden die zuvor beschriebene zusätzliche Zentriervorrichtung und alle damit verbundenen Zwischenschritte überflüssig. In Folge dessen kann auch auf den zweiten Greifer bzw. Roboter verzichtet werden, der bei der herkömmlichen Art des Bereitstellens des Bauteils an der Montageposition oder Ablageposition erforderlich war.
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Dadurch wird der Platzbedarf für die Bereitstellung des Bauteils an der Montageposition oder Ablageposition deutlich gesenkt. Ferner wird die mechanische Beanspruchung der Bauteile minimiert. Darüber hinaus wird die Bereitstellung des Bauteils an der Montageposition oder Ablageposition gegenüber der bisherigen Bereitstellung beschleunigt, was mit zur Verkürzung von Taktzeiten einer Automatisierungsanlage beiträgt. Die Verkürzung der Taktzeiten wird auch dadurch erreicht, dass die Robotersteuerung die Sensorwerte des Greifers direkt verarbeitet.
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Werden an dem Greifer kostengünstige Ultraschallsensoren verwendet, ist eine exakte Greifer-Positionierung an mindestens einem der folgenden Materialien oder einer beliebigen Kombination von mindestens zwei der folgenden Materialien realisierbar, nämlich festen, flüssigen, durchsichtigen, pulverförmigen, spiegelnden Materialien.
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Insgesamt bewirkt der Greifer in Bezug auf die Bereitstellung des Bauteils an der Montageposition oder Ablageposition eine markante Kostensenkung für die Einrichtung und den Betrieb der Automatisierungsanlage.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Greifers sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der zuvor beschriebene Greifer kann Teil einer Bewegungsvorrichtung sein, die zudem eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Bewegung des Greifers mit der Bewegungsvorrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, die Erfassungsergebnisse der Positionserfassungseinrichtung in Bezug darauf auszuwerten, ob die Position des Greifers in der jeweiligen gemessenen Richtung im Raum relativ zum Bauteil in einem vorbestimmten Toleranzbereich liegt oder nicht.
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Der zuvor beschriebene Greifer kann zudem Teil einer Automatisierungsanlage zur Behandlung eines Gegenstands sein, wobei die Automatisierungsanlage zudem mindestens eine Behandlungseinrichtung zum Behandeln eines von dem Greifer gestützten Bauteils für den Gegenstand aufweist.
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„Behandeln“ ist hierbei insbesondere zu verstehen als greifen; ansaugen; halten, insbesondere niederhalten; umsetzen; an einer bestimmten Stelle positionieren; bewegen, wie schwenken, drehen, schieben, heben, usw.; tragen, stützen, usw.; oder bearbeiten mit einem Werkzeug.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte dreidimensionale Ansicht einer Automatisierungsanlage mit einem Greifer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 und 3 jeweils eine dreidimensionale Ansicht des Greifers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Greifer ein Bauteil greift;
- 4 eine dreidimensionale Seitenansicht des Greifers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Untersicht unter den Greifer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 6 einen Sensor einer Positionserfassungseinrichtung des Greifers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 7 bis 9 jeweils dreidimensionale Ansichten des Greifers zur Erläuterung einer Ausrichtung des Greifers relativ zum Bauteil in Z-Richtung bei einem Verfahren, das von dem Greifer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zum positionsgenauen Greifen durchgeführt wird;
- 10 und 11 jeweils dreidimensionale Ansichten des Greifers zur Erläuterung einer Ausrichtung des Greifers relativ zum Bauteil in Y-Richtung bei dem Verfahren, das von dem Greifer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zum positionsgenauen Greifen durchgeführt wird;
- 12 eine dreidimensionale Ansicht des Greifers zur Erläuterung einer Ausrichtung des Greifers relativ zum Bauteil in X-Richtung bei dem Verfahren, das von dem Greifer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zum positionsgenauen Greifen durchgeführt wird; und
- 13 eine dreidimensionale Seitenansicht eines Greifers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Automatisierungsanlage 1 zur Produktion oder Fertigung eines Gegenstands 2 aus einem Teilgegenstand 3, der aus mehreren Bauteilen 5 zusammengebaut ist, von denen in 1 nur einige sehr schematisch dargestellt und mit einem Bezugszeichen versehen sind. In 1 ist der Gegenstand 2 ein Kraftfahrzeug und die Automatisierungsanlage 1 ist eine Fahrzeugfertigungslinie, in welcher Fahrzeuge aus Fahrzeuggrundkörpern als der Teilgegenstand 3 hergestellt werden. Hierzu werden zunächst die Fahrzeuggrundkörper 3 der Fahrzeuge als Gegenstand 2 aus einzelnen Bauteilen 5, wie Seitenteilen, Türinnenteil, Türaußenteil, Fügeverbund aus Türinnen- und Türaußenteil, Dach, Türen, Deckel, Klappen von Fahrzeugen, insbesondere Frontklappe, Heckklappe, usw., also insbesondere ein Karosserieteil für ein Fahrzeug, gefertigt bzw. hergestellt. Die Automatisierungsanlage 1 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann eine Automatisierungsanlage sein, die zur industriellen Fertigung eines beliebigen anderen Gegenstands 2, wie Möbel, usw., ausgelegt ist. Insbesondere kann das Fahrzeug alternativ ein Lastkraftfahrzeug, Flugzeug, Schiff usw. sein. Jedoch kann das Bauteil 5 alternativ ein Bauteil für weiße Ware, wie insbesondere einen Elektro- oder Gasofen oder eine Backofenröhre, ein Kühlschrank- oder Waschmaschinengehäuse, usw., sein.
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Die Automatisierungsanlage 1 in 1 hat mindestens eine Bewegungsvorrichtung 10 mit einer Steuereinrichtung 15, einen Greifer 20, mindestens eine Behandlungseinrichtung 40 zum Behandeln des Bauteils 5 für den Gegenstand 2 oder den Teilgegenstand 3 und/oder zum Behandeln des Gegenstands 2 und/oder des Teilgegenstands 3, eine Bauteillagervorrichtung 50, in der mindestens ein Bauteil 5 in einer undefinierten Position gelagert ist, und eine Transportvorrichtung 60. Bei dem Beispiel von 1 sind in der Bauteillagervorrichtung 50 eine Vielzahl von Bauteilen 5 gestapelt. Die Bauteillagervorrichtung 50 von 1 ist eine Box, insbesondere eine Gitterbox, usw., oder Ähnliches.
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Die Bewegungsvorrichtung 10 dient zum Bewegen des Greifers 20. In 1 ist die Bewegungsvorrichtung 10 ein Roboter. Alternativ dazu kann die Bewegungsvorrichtung 10 jedoch eine beliebige andere Form und Ausgestaltung haben, wie beispielsweise ein Schwenkarm, eine Hebevorrichtung mit einem Teleskoparm usw.
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Der Greifer 20 kann eines oder mehrere der Bauteile 5 und/oder Teilgegenstände 3 in Zusammenwirken mit der Bewegungsvorrichtung 10 handhaben, wie insbesondere greifen, halten, transportieren, ablegen, usw.. Hierfür wird der Greifer 20 mit der Bewegungsvorrichtung 10 derart gehalten, dass der Greifer 20 über der Bauteillagervorrichtung 50 angeordnet werden kann, wie in 1 als ein Beispiel sehr schematisch gezeigt. Dabei wird der Greifer 20 von der Bewegungsvorrichtung 10 mit einem vorbestimmten Offset bzw. Abstand über dem zu greifenden Bauteil 5 positioniert, um die definierte bzw. vorbestimmte Aufnahmeposition für das Bauteil 5 zu ermitteln und auf der Grundlage des Ermittlungsergebnisses in die vorbestimmte Aufnahmeposition zu bewegen. Ist der Greifer 20 richtig in der vorbestimmten Aufnahmeposition positioniert, greift der Greifer 20 das zu greifende Bauteil 5 aus der Bauteillagervorrichtung 50, was nachfolgend noch in Bezug auf die anderen Figuren genauer beschrieben ist. Hat der Greifer 20 das Bauteil 5 gegriffen, kann das Bauteil 5 mit dem Greifer 20 sicher zu einer Montageposition oder Ablageposition, beispielsweise zu einer Ablagevorrichtung oder Bauteilablageplatz, usw., transportiert werden, die an dem Teilgegenstand 3 und/oder an der Transportvorrichtung 60 angeordnet sein kann, um das Bauteil 5 definiert abzulegen und/oder definiert zu positionieren.
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Die Transportvorrichtung 60 transportiert die Fahrzeuggrundkörper als die Teilgegenstände 3 oder auch nur einzelne Bauteile 5 in Richtung des Pfeils P durch die Automatisierungsanlage 1. Hierbei kann die mindestens eine Behandlungseinrichtung 40 mindestens eine Behandlung des Bauteils 5 für den Gegenstand 2 oder den Teilgegenstand 3 und/oder zum Behandeln des Gegenstands 2 und/oder des Teilgegenstands 3 durchführen. Es können mindestens zwei Behandlungseinrichtungen 40 für unterschiedliche Behandlungen des Bauteils 5 für den Gegenstand 2 oder den Teilgegenstand 3 und/oder zum Behandeln des Gegenstands 2 und/oder des Teilgegenstands 3 vorhanden sein. Es ist jedoch nicht zwingend, dass das Bauteil 5 mit mindestens einer Behandlungseinrichtung 40 behandelt wird. Die mindestens eine Behandlungseinrichtung 40 und die Transportvorrichtung 60 sind in 1 nur sehr vereinfacht dargestellt.
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2 und 3 zeigen die Bewegungsvorrichtung 10 im Bereich Ihrer Greiferaufnahme 11 und den Greifer 20 aus verschiedenen Perspektiven genauer. Der Greifer 20 hat einen ersten bis sechsten Sensor 21 bis 26, die eine Positionserfassungseinrichtung 21 bis 26 bilden. Die ersten bis sechsten Sensoren 21 bis 26 bzw. die Positionserfassungseinrichtung 21 bis 26 sind an einem Grundkörper 27, der bei dem Beispiel von 1 bis 3 als Platte ausgeführt ist, bzw. an Sensorhalterungen 271 montiert. Der erste Sensor 21 ist in 3 jedoch nicht in 2 sichtbar. Der Greifer 20 hat zudem zwei Magnetaufnahmeelemente 28, zwei Aufnahmestifte 29, eine Ventilinsel 30 und einen Adapter 31, 32, mit welchem der Grundkörper 27 an die Greiferaufnahme 11 der Bewegungsvorrichtung 10 montierbar ist. Die Ventilinsel 30 hat eine Kommunikationseinrichtung 301, über welche die Elemente 21 bis 29 des Greifers 20 mit der Steuereinrichtung 15 bidirektional kommunizieren können. Zudem hat die Ventilinsel 30 Ventile, von denen zur Vereinfachung in 2 nur die Anschlüsse 302 dargestellt sind. Die Ventile bzw. deren Anschlüsse 302 werden über die Kommunikationseinrichtung 301 mit der Steuereinrichtung 15 gesteuert. Zusätzlich oder alternativ kann die Ventilstellung an die Steuereinrichtung 15 übertragen werden. Die Sensoren 21 bis 26 sind an analoge Eingänge von mindestens einem Sensormodul 303 angeschlossen. Je nach Ausführung der Sensoren 21 bis 26 können an dem mindestens einen Sensormodul 303 stattdessen digitale Eingänge vorgesehen sein. Zur Vereinfachung sind Leitungsverbindungen zwischen der Ventilinsel 30 und den Elementen 21 bis 29, 301, 302, 303 des Greifers 20 und zur Steuereinrichtung 15 nicht dargestellt.
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Jeder des ersten bis dritten Sensors 21 bis 23 ist direkt an dem Grundkörper 27 montiert. Der vierte bis sechste Sensor 24 bis 26 ist dagegen jeweils an einem Ende einer Sensorhalterung 271 montiert, die mit ihrem zweiten Ende an dem Grundkörper 27 montiert ist. Dadurch ist der erste bis dritte Sensor 21 bis 23 zumindest teilweise direkt in dem Grundkörper 27 angeordnet. Der vierte bis sechste Sensor 24 bis 26 ist beabstandet von der Grundkörper 27 angeordnet. Die Sensorhalterungen 271 sind jeweils als Winkel ausgeführt. Die Sensorhalterungen 271 sind jeweils an der gleichen Seite der Grundkörper 27 wie die Magnetaufnahmeelemente 28 und die Aufnahmestifte 29 angeordnet. Dagegen sind die Ventilinsel 30 und der Adapter 31, 32 an der dazu entgegengesetzten Seite der Grundkörper 27 angeordnet und montiert.
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Dadurch sind alle Sensorhalterungen 271, die Magnetaufnahmeelemente 28 und die Aufnahmestifte 29 dem Bauteil 5 zugewandt, wenn sich die Bewegungsvorrichtung 10 mit dem daran montierten Greifer 20 dem Bauteil 5 nähert. Dagegen ist die Ventilinsel 30 der Bewegungsvorrichtung 10 zugewandt.
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In dem als Beispiel gezeigten Bauteil 5 sind Zentrieröffnungen 51, 52 als Rundöffnung und Langloch vorgesehen, in welche die Aufnahmestifte 29 eingreifen können. Die ovale oder kreisrunde Form der Zentrieröffnung 51 dient zur Zentrierung in X- und Y-Richtung. Das Langloch der Zentrieröffnung 52 dient zur Zentrierung in Y-Richtung. Möglich ist jedoch, wie beispielsweise bei einer Motorhaube eines Fahrzeugs, dass in dem Bauteil 5 keine Öffnungen 51, 52 vorhanden sind. In einem solchen Fall kann anstelle der Zentrierstifte 29 insbesondere ein Einweiserblech und/oder mit Vakuumsaugern zusammenwirkende Bauteilnegative an dem mindestens einen Aufnahmeelement 28 vorhanden sein, welche den Greifer 20 anstelle der Zentrierstifte 29 an dem Bauteil 5 zentrieren.
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Die Magnetaufnahmeelemente 28 weisen jeweils einen Dauermagnet auf, der in einem Kolben zwischen dem Grundkörper 27 und dem Bauteil 5 bewegbar gelagert ist. Durch Einleiten von Druckluft mit Hilfe eines der Ventile 302 an einer Seite des Kolbens kann der Dauermagnet zum Bauteil 5 hin bewegt werden, um das Bauteil 5 mit Hilfe von Magnetkraft anzuziehen und dadurch das Bauteil 5 aufzunehmen. Durch Einleiten von Druckluft mit Hilfe eines der anderen Ventile 302 an der anderen Seite des Kolbens kann der Dauermagnet vom Bauteil 5 weg bewegt werden, um das Bauteil 5 freizugeben. Das Einleiten der Druckluft in den Kolben mit Hilfe der Ventile 302 von der jeweils gewünschten Seite kann unter Steuerung der Steuereinrichtung 15 erfolgen. Zusätzlich dazu weisen die Magnetaufnahmeelemente 28 jeweils einen nicht dargestellten Sensor auf, welcher die Endlagen der Magnetaufnahmeelemente 28 detektiert und an die Steuereinrichtung 15 weiterleitet.
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Die Kommunikation zwischen der Ventilinsel 30 und der Steuereinrichtung 15 erfolgt mit Hilfe der Kommunikationseinrichtung 301. Die Kommunikationseinrichtung 301 empfängt die Signale der Sensoren 21 bis 26 und der beiden Sensoren der Magnetaufnahmeelemente 28 und gibt die Signale an die Steuereinrichtung 15 weiter. Bei Bedarf sind mit der Kommunikationseinrichtung 301 zusätzlich oder alternativ Signale in Bezug auf die aktuelle Stellung der Ventile 302 an die Steuereinrichtung 15 übertragbar. Die Steuereinrichtung 15 verwendet die Signale der Sensoren 21 bis 26 und optional der Magnetaufnahmeelemente 28 und optional der Ventile 302, um zu bestimmen, wie die Bewegungseinrichtung 10 den Greifer 20 relativ zum Bauteil 5 bewegen soll. Zusätzlich oder alternativ verwendet die Steuereinrichtung 15 die Signale der Sensoren 21 bis 26 und optional der Magnetaufnahmeelemente 28 und optional der Ventile 302, um zu bestimmen, ob und wie die Ventile 302 zu betätigen sind.
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Zur Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 15 und der Kommunikationseinrichtung 301 ist ein Bussystem vorgesehen, wie beispielsweise ein Feldbus, mit dem Daten zwischen der Steuereinrichtung 15 und der Kommunikationseinrichtung 301, insbesondere in Echtzeit, übertragbar sind. Dies trägt mit dazu bei, dass die Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 jeweils schnellstmöglich erfolgen kann.
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In 4 ist der Greifer von 2 und 3 ohne das Bauteil 5 gezeigt. Dadurch sind in 3 Halterungen 291 für die beiden Aufnahmestifte 29 deutlicher sichtbar. Jedem Magnetaufnahmeelement 28 ist somit eine Halterung 291 für einen Aufnahmestift 29 zugeordnet. Somit bilden jeweils ein Magnetaufnahmeelement 28 und ein Aufnahmestift 29 eine Einheit 28, 29. Hierbei ragt der Aufnahmestift 29 weiter aus der Einheit 28, 29 in Richtung Bauteil 5 aus als das Magnetaufnahmeelement 28.
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Wie besser aus der Untersicht des Greifers 20 gemäß 5 ersichtlich, sind die beiden Einheiten aus Magnetaufnahmeelement 28 und Aufnahmestift 29 auf der gleichen Linie an dem Grundkörper 27 angeordnet. Versetzt zu der von den Magnetaufnahmeelementen 28 und Aufnahmestiften 29 gebildeten Linie sind eine Vielzahl von Montageöffnungen 272 an dem Grundkörper 27 vorgesehen, in oder an welchen die Adapterplatte 31 des Adapters 31, 32 montierbar ist. Die Sensoren 21 bis 26 sind jeweils weiter außen an einem Rand des Grundkörpers 27 angeordnet als die Magnetaufnahmeelemente 28 und Aufnahmestifte 29. Hierbei sind der zweite und dritte Sensor 22, 23 auf einer Linie angeordnet, die parallel zu der Linie ist, auf der sowohl die Magnetaufnahmeelemente 28 und Aufnahmestifte 29 als auch sechste Sensor 26 angeordnet sind. Außerdem sind der vierte und fünfte Sensor 24, 25 auf einer Linie angeordnet, die parallel zu der Linie ist, auf der sowohl die Magnetaufnahmeelemente 28 und Aufnahmestifte 29 als auch der sechste Sensor 26 angeordnet sind. Der erste Sensor 21 ist zwischen der Linie, welche der vierte und fünfte Sensor 24, 25 auf der einen Seite bilden, und der Linie angeordnet, welche die Magnetaufnahmeelemente 28, Aufnahmestifte 29 und der sechste Sensor 26 auf der anderen Seite bilden. Der erste Sensor 21 ist an dem Kreuzungspunkt der Verbindungslinie zwischen dem dritten und vierten Sensor 23, 24 und der Verbindungslinie zwischen dem zweiten und fünften Sensor 22, 25 angeordnet.
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Der Grundkörper 27 ist in seiner Form angepasst für das vom Greifer 5 zu greifende bzw. aufzunehmende und damit zu behandelnde Bauteil 5. Hierbei ist der Grundkörper 27 so kompakt wie möglich konstruiert, um Gewicht und Kosten zu sparen und um das Kollisionsrisiko bei der Bewegung des Greifers 20 im Raum, insbesondere in Richtung auf das Bauteil 5, zu minimieren. Als Grundkörper 27 ist zusätzlich oder alternativ zu einer Platte, insbesondere eine Konstruktion aus zylindrischen und/oder eckigen Rohren, wie Dreikant, Vierkant- bzw. Mehrkant-Rohren, einem Leichtbauwerkstoff, usw. wählbar. Hier sind beliebige Konstruktionen und optional Kombinationen aus Material, Form und Element(en) denkbar, die einen möglichst leichtgewichtigen Grundkörper 27 gewährleisten.
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In Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem ist der Ursprung des Grundkörpers 27 derart gewählt, dass die X- und Y-Koordinate gleich dem Ursprung des Bauteils 5 ist. Dadurch wird das Konstruieren der Sensorhalterungen 271 wesentlich vereinfacht. Die Anordnung der Sensoren 21 bis 26, insbesondere in Bezug auf deren Höhe und Neigung, an dem Grundkörper 27 oder den Sensorhalterungen 271 ist abhängig von der Ausgestaltung des zu greifenden Bauteils 5.
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6 zeigt als Beispiel anhand des ersten Sensors 21 schematisch das Funktionsprinzip der Sensoren 21 bis 26. Die Sensoren 21 bis 26 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kostengünstige Ultraschallsensoren, die eine exakte Greifer-Positionierung an mindestens einem der folgenden Materialien oder deren Beliebigen Kombinationen realisieren können, nämlich festen, flüssigen, durchsichtigen, pulverförmigen, spiegelnden Materialien. Ultraschallsensoren sind unempfindlich gegenüber Licht, Dreck, Staub, spiegelnden Oberflächen, Glas.
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Zum Messen des Abstands zu dem Bauteil 5 empfängt der Sensor 21 an seinem Anschluss 211 ein Signal der Steuereinrichtung 15 über die Kommunikationseinrichtung 301. Hierbei ist umfasst, dass der Sensor 21 permanent oder intermittierend einen Abstand erfasst, jedoch die Steuereinrichtung 15 das Mess- bzw. Erfassungsergebnis des Sensors 21 nur je nach Bedarf einliest oder abholt. Infolge dessen sendet der Sensor 21, wie auch die Sensoren 22 bis 26, eine Schallwelle 215 innerhalb einer Schallkeule 216 mit einem Öffnungswinkel 217 aus, wie in 6 sehr schematisch gezeigt. Die Schallwelle 215 wird von dem Bauteil 5 reflektiert und als Echo 55 zu dem Sensor 21 zurückgesendet. Der Sensor 21 ermittelt daraus die Schalllaufzeit, die seit dem Aussenden der Schallwelle 215 bis zum Erfassen des Echos 55 vergangen ist. Die Schalllaufzeit wird mit Hilfe der Schallausbreitungsgeschwindigkeit des Mediums zwischen Bauteil 5 und Sensor 21 in den Abstand D zwischen dem Sensor 21 und dem Bauteil 5 umgerechnet. Der Abstand D wird als Messwert oder Messergebnis über den Anschluss 211 an die Kommunikationseinrichtung 301 und anschließend an die Steuereinrichtung 15 weitergeleitet. Auf diese Weise erfassen die Sensoren 21 bis 26 kontaktlos den Abstand zu dem Bauteil 5.
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7 bis 12 stellen die verschiedenen Schritte zur Positionierung des Greifers 20 an einem Bauteil 5 dar, die mit den Sensoren 21 bis 26 der Reihe nach durchgeführt werden, um das Bauteil 5 positionsgenau aufnehmen zu können. Die Schritte werden ausgehend von einer Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5 ausgeführt, die in 7 gezeigt ist. In dieser Ausgangsposition gemäß 7 schwebt der Greifer 20 bewegungslos im Stillstand über dem Bauteil 5, bis mit den Sensoren 21 bis 26 die Daten für eine noch erforderliche Ausgleichsbewegung zwischen Greifer 20 und Bauteil 5 erfasst und ermittelt sind, wie nachfolgend beschrieben. Danach kann die noch erforderliche Ausgleichsbewegung zwischen Greifer 20 und Bauteil 5 erfolgen, um das Bauteil 5 definiert aufzunehmen.
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Hierbei misst zunächst mindestens ein Sensor, beispielsweise der Sensor 21 und/oder ein beliebiger weiterer Sensor, insbesondere einer der anderen Sensoren 22 bis 26, ob bei dem Greifer 20 ein Bauteil 5 vorhanden ist. Ist ein Bauteil 5 vorhanden, fährt die Bewegungsvorrichtung 10 den Greifer 20 in eine Ausgangsposition gemäß 6, von der aus die Positionserfassung des Bauteils 5 über die sechs Sensoren 21 bis 26 nach einem 3-2-1 Messprinzip durchgeführt wird. Hierbei erfolgt ein Messen und schrittweises Anpassen der Greiferposition relativ zur Bauteilposition, wobei 7 bis 9 die drei Messschritte in Z-Richtung veranschaulichen, 10 und 11 die zwei Messschritte in Y-Richtung veranschaulichen, und 12 den einen Messschritt in X-Richtung veranschaulicht. Die dabei jeweils ermittelten Messwerte werden mit der Kommunikationseinrichtung 301 an die Steuereinrichtung 15 der Bewegungsvorrichtung 10 gesendet und direkt von der Steuereinrichtung 15 ausgewertet.
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Genauer wird der Greifer 20, zur definierten bzw. vorbestimmten Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 in Z-Richtung, zunächst unter Verwendung der Sensoren 21 bis 23 zu drei verschiedenen Positionen in Z-Richtung verfahren. Je nach Bedarf hält die Steuereinrichtung 15 zwischen den einzelnen, nachfolgend beschriebenen sechs Schritten eine Pause ein, um der Bewegungsvorrichtung 10 und dem Greifer 20 nach einer Bewegung eine Zeit zum Ausschwingen zu geben.
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Hierfür wird bei einem ersten Schritt der erste Sensor 21 aktiviert, wie in 7 gezeigt, um den Abstand des Sensors 21 zu dem Bauteil 5 in Z-Richtung zu messen. Die Aktivierung umfasst, dass der Sensor 21 permanent oder intermittierend einen Abstand erfasst, jedoch die Steuereinrichtung 15 das Mess- bzw. Erfassungsergebnis des Sensors 21 nur je nach Bedarf einliest oder abholt. Das Messergebnis des Sensors 21 wird an die Steuereinrichtung 15 gesendet, wie zuvor beschrieben und von dieser ausgewertet. Ergibt die Auswertung der Steuereinrichtung 15, dass das Bauteil 5 in einem vorbestimmten Toleranzbereich TB1 liegt, der in 7 nur sehr schematisch gezeigt ist, steuert die Bewegungsvorrichtung 10 bei Bedarf die Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5. Hierfür korrigiert die Bewegungsvorrichtung 10, falls erforderlich, die Z-Position des Greifers 20 durch eine translatorische Bewegung des Greifers 20. Andernfalls wird die weitere Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 gestoppt.
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Anschließend wird bei einem zweiten Schritt der zweite Sensor 22 aktiviert, wie in Bezug auf den ersten Sensor 21 beschrieben und wie in 8 gezeigt, um den Abstand des Sensors 22 zu dem Bauteil 5 in Z-Richtung zu messen. Das Messergebnis des Sensors 22 wird an die Steuereinrichtung 15 gesendet, wie zuvor beschrieben und von dieser ausgewertet. Ergibt die Auswertung der Steuereinrichtung 15, dass das Bauteil 5 in einem vorbestimmten Toleranzbereich TB2 liegt, steuert die Bewegungsvorrichtung 10 bei Bedarf die Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5. Hierfür korrigiert die Bewegungsvorrichtung 10, falls erforderlich, die Z-Position des Greifers 20 durch eine Rotation bzw. Drehbewegung des Greifers 20 um die X-Achse. Andernfalls wird die weitere Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 gestoppt.
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Anschließend wird bei einem dritten Schritt der dritte Sensor 23 aktiviert, wie in Bezug auf den ersten Sensor 21 beschrieben und wie in 9 gezeigt, um den Abstand des Sensors 23 zu dem Bauteil 5 in Z-Richtung zu messen. Das Messergebnis des Sensors 23 wird an die Steuereinrichtung 15 gesendet, wie zuvor beschrieben und von dieser ausgewertet. Ergibt die Auswertung der Steuereinrichtung 15, dass das Bauteil 5 in einem vorbestimmten Toleranzbereich TB3 liegt, steuert die Bewegungsvorrichtung 10 bei Bedarf die Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5. Hierfür korrigiert die Bewegungsvorrichtung 10, falls erforderlich, die Z-Position des Greifers 20 durch eine Rotation bzw. Drehbewegung des Greifers 20 um die Y-Achse. Andernfalls wird die weitere Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 gestoppt.
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Bei einem vierten Schritt wird der vierte Sensor 24 aktiviert, wie in Bezug auf den ersten Sensor 21 beschrieben und wie in 10 gezeigt, um den Abstand des Sensors 24 zu dem Bauteil 5 in Y-Richtung zu messen. Das Messergebnis des Sensors 24 wird an die Steuereinrichtung 15 gesendet, wie zuvor beschrieben und von dieser ausgewertet. Ergibt die Auswertung der Steuereinrichtung 15, dass das Bauteil 5 in einem vorbestimmten Toleranzbereich TB4 liegt, steuert die Bewegungsvorrichtung 10 bei Bedarf die Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5. Hierfür korrigiert die Bewegungsvorrichtung 10, falls erforderlich, die Y-Position des Greifers 20 durch eine translatorische Bewegung des Greifers 20. Andernfalls wird die weitere Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 gestoppt.
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Bei einem fünften Schritt wird der fünfte Sensor 25 aktiviert, wie in Bezug auf den ersten Sensor 21 beschrieben und wie in 11 gezeigt, um den Abstand des Sensors 25 zu dem Bauteil 5 in Y-Richtung zu messen. Das Messergebnis des Sensors 25 wird an die Steuereinrichtung 15 gesendet, wie zuvor beschrieben und von dieser ausgewertet. Ergibt die Auswertung der Steuereinrichtung 15, dass das Bauteil 5 in einem vorbestimmten Toleranzbereich TB5 liegt, steuert die Bewegungsvorrichtung 10 bei Bedarf die Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5. Hierfür korrigiert die Bewegungsvorrichtung 10, falls erforderlich, die Y-Position des Greifers 20 durch eine Rotation bzw. Drehbewegung des Greifers 20 um die Z-Achse. Andernfalls wird die weitere Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 gestoppt.
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Bei einem sechsten Schritt wird der sechste Sensor 26 aktiviert, wie in Bezug auf den ersten Sensor 21 beschrieben und wie in 12 gezeigt, um den Abstand des Sensors 26 zu dem Bauteil 5 in X-Richtung zu messen. Das Messergebnis des Sensors 26 wird an die Steuereinrichtung 15 gesendet, wie zuvor beschrieben und von dieser ausgewertet. Ergibt die Auswertung der Steuereinrichtung 15, dass das Bauteil 5 in einem vorbestimmten Toleranzbereich TB6 liegt, steuert die Bewegungsvorrichtung 10 bei Bedarf die Position des Greifers 20 relativ zum Bauteil 5. Hierfür korrigiert die Bewegungsvorrichtung 10, falls erforderlich, die X-Position des Greifers 20 durch eine translatorische Bewegung des Greifers 20. Andernfalls wird die weitere Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5 gestoppt.
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Nach Abschluss des sechsten Schritts ist die Positionserfassung mit den Sensoren 21 bis 26 als Positionserfassungseinrichtung abgeschlossen.
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In einem anschließenden Schritt kann der Greifer 20 unter Steuerung der Steuereinrichtung 15 in Z-Richtung an das Bauteil 5 heran bewegt werden, sodass das Fixiersystem greift, das durch die Magnetaufnahmeelemente 28 und die Aufnahmestifte 29 gebildet wird. Im Anschluss daran kann das Bauteil 5 aus der Vorrichtung 50 entnommen und an die gewünschte Position in der Automatisierungsanlage 1 bewegt werden.
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Somit prüft das System aus Greifer 20 und Bewegungsvorrichtung 10 vor dem Beginn der Positionierung des Greifers 20 an dem Bauteil 5, ob das Bauteil 5 vorhanden ist, und vor jeder Korrektur der Orientierung und damit Position des Greifers 20 bei dem zuvor beschriebenen ersten bis sechsten Schritt der Positionserfassung, ob das Bauteil 5 in dem vorbestimmten Toleranzbereich TB1 bis TB6 für die jeweilige betrachtete Richtung Z, Y, X im Raum liegt. Liefert die Prüfung bei irgendeinem des ersten bis sechsten Schritts nicht das gewünschte Ergebnis, erfolgt ein System-Stopp. In einem solchen Fall gibt die Steuereinrichtung 15 optional zusätzlich eine Fehlermeldung an eine nicht dargestellte Bedieneinrichtung der Automatisierungsanlage 1 und/oder an eine nicht dargestellte Steuereinrichtung weiter, die zur Steuerung der Interaktion der Elemente der Automatisierungsanlage 1 vorgesehen ist und der Steuereinrichtung 15 übergeordnet ist.
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Dadurch bietet der Greifer 20 eine positionsgenaue Aufnahme des Bauteils 5, so dass dessen Transport zu der vorgesehenen Montageposition oder Ablageposition innerhalb der vorgegebenen Taktzeiten der Automatisierungsanlage 1 gewährleistet werden kann. Außerdem ist der Greifer 20 durch die zuvor beschriebenen Elemente 28 und gegebenenfalls die Stifte 29 ausgestaltet, das Bauteil 5 spannungsfrei aufzunehmen.
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Gemäß einer Modifikation der zuvor beschriebenen Positionserfassung erfasst der Greifer 20 die Position relativ zum Bauteil 5 nicht in den genannten 6 verschiedenen Richtungen sondern nur in mindestens zwei verschiedenen Richtungen im Raum. Auch diese Erfassung kann schrittweise nacheinander oder zumindest teilweise parallel erfolgen. Somit kann die Anzahl der Sensoren 21 bis 26 beliebig gewählt werden. Hierbei ist es möglich, dass zwei der Sensoren 21 bis 26 redundant arbeiten, um die Sicherheit des Systems zu erhöhen.
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13 zeigt einen Greifer 20A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum Greifer 20 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel hat der Greifer 20A keine Aufnahmestifte 29. Dadurch sind auch die Halterungen 291 für die beiden Aufnahmestifte 29 nicht vorhanden. Eine derartige Ausführung des Greifers 10A ist denkbar, wenn die Genauigkeit der Aufnahme bzw. des positionsgenauen Greifens geringer sein kann als bei der Variante gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Ansonsten ist der Greifer 20A auf die gleiche Weise aufgebaut, wie in Bezug auf den Greifer 20 beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Dadurch kann der Greifer 20A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel noch leichtgewichtiger gebaut werden als der Greifer 20 des vorangehenden Ausführungsbeispiels.
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Gemäß einer Modifikation des Greifers 20A hat der Greifer 20A nur insgesamt einen Aufnahmestift 29.
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Gemäß noch einer weiteren Modifikation des Greifers 20A hat der Greifer 20A mehr als zwei Aufnahmestifte 29. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Bauteil 5 zumindest teilweise flexibel ist und ansonsten nicht stabil an dem Greifers 20A aufgenommen werden kann. Stabil ist hierbei derart zu verstehen, dass das Bauteil 5 bei dem Transport mit dem Greifer 20 in eine derartige Bewegung gerät, wodurch das Bauteil 5 nicht mehr in seiner positionsgenauen Anordnung an dem Greifer 20 gehalten werden kann.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel führt der Greifer 20 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zunächst nur eine Erfassung in allen Richtungen X, Y, Z und Ermittlung der noch erforderlichen Ausgleichsbewegung durch, die ausgehend von der Ausgangsposition in 7 noch auszuführen ist, um das Bauteil 5 definiert aufzunehmen bzw. zu greifen. Hierbei bleibt der Greifer 5 bewegungslos in der Ausgangsposition. Für die Ermittlung der noch erforderlichen Ausgleichsbewegung kann eine Matrizenberechnung zum Einsatz kommen. Erst nach Abschluss der Erfassung und Ermittlung der insgesamt für alle Richtungen X, Y, Z erforderlichen Ausgleichsbewegung verfährt die Bewegungsvorrichtung 10 den Greifer 20 aus der bewegungslosen Stellung in der Ausgangsposition von 7 in die definierte bzw. vorbestimmte Aufnahmeposition. Hierfür führt die Bewegungsvorrichtung 10 für den Greifer 20 die noch erforderliche Ausgleichsbewegung durch. Die Ausgleichsbewegung kann eine Überlagerung einer rotatorischen und/oder linearen Bewegung aufweisen.
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Auf diese Weise entfallen Stopps zum Ausschwingen des Greifers 20 zwischen dem Fahren des Greifers 20 in die einzelnen Raumrichtungen. Dadurch kann der Greifer 20 noch schneller verfahren werden als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Insbesondere ist ein Positionieren des Greifers 20 in der definierten Aufnahmeposition ausgehend von der Ausgangsposition am Bauteil 5 in wenigen Sekunden, insbesondere 2 Sekunden oder schneller, möglich.
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Ganz allgemein ist je nach Bauteil 5 oder Greifaufgabe ein Durchführen einer erforderlichen Ausgleichsbewegung jeweils einzeln nach jedem Erfassen durch einen der Sensoren, also nacheinander möglich oder die Ausgleichsbewegung kann für mindestens zwei der Erfassungsergebnisse in zwei der Richtungen X,Y, Z zusammen ausgeführt werden, also zumindest teilweise parallel bzw. als überlagerte Ausgleichsbewegung, die eine rotatorische und/oder lineare Bewegung aufweist.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Automatisierungsanlage 1, der Bewegungsvorrichtung 10, des Greifers 20, 20A, des aus der Bewegungsvorrichtung 10 und dem Greifer 20, 20A gebildeten Systems, und der Positionserfassungseinrichtung 21 bis 26 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Bei Bedarf können Merkmale der Ausführungsbeispiele entfallen, soweit die beschriebenen Funktionen gewährleistet sind. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die Form des Greifers 20 ist beliebig wählbar, solange dessen zuvor beschriebene Funktion gewährleistet ist.
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Die Sensoren 21 bis 26 müssen nicht die Außenkonturen des Bauteils 5 kontaktlos erfassen, wie in den Figuren dargestellt. Alternativ dazu können die Sensoren 21 bis 26 an den Greifern 20, 20A, 20B angeordnet sein, andere markante Eigenschaften des Bauteils 5 zu erfassen, um daraus die Lage des Bauteils 5 im Raum zu bestimmen.
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Die Sensoren 21 bis 26 müssen keine Ultraschallsensoren sein, soweit die Funktion der Positionserfassung mit den Sensoren 21 bis 26 durchgeführt werden kann, wie zuvor beschrieben. Denkbar ist alternativ, dass zumindest zwei Sensoren 21 bis 26 nach einem unterschiedlichen Abstandsmessprinzip und/oder Positionserfassungsprinzip arbeiten. Insbesondere kann zumindest ein Sensor 21 bis 26 ein induktiver oder kapazitiver Näherungssensor sein.
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Die Anzahl der Magnetaufnahmeelemente 28 ist beliebig wählbar. Alternativ oder zusätzlich sind an dem Greifer 20 andere Aufnahmeelement(e) 28 als die beschriebenen Magnetaufnahmeelemente 28 einsetzbar, insbesondere rein pneumatische Aufnahmeelement(e) 28, insbesondere mindestens ein Vakuumsauger, mindestens ein Pneumatikspanner, ein elektrisch angesteuerter Magnetgreifer als Aufnahmeelement 28, ein Konturstein, welcher zum Halten des Bauteils 5 an eine Kontur des Bauteils 5 angepasst ist, insbesondere eine Aussparung zur Aufnahme einer Auskragung oder eines Rands des Bauteils 5 aufweist, usw.
