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Die Erfindung betrifft eine Prüf- und Einstellvorrichtung
für Funktionsteile
von robotergeführten Vorrichtungen,
insbesondere Greifeinrichtungen mit den Merkmalen im Oberbegriffs
des Hauptanspruchs.
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Vorrichtungen der genannten Art werden
in teil- oder vollautomatischen Anlagen oder Zellen beim Rohbau
von Fahrzeugkarosserien eingesetzt. Die Vorrichtungen sind beispielsweise
als Greifeinrichtungen ausgebildet und halten positions- und formgenau
ein oder mehrere Karosserieteile. Die Greifeinrichtung besteht beispielsweise
aus einem Gestell oder mehreren Funktionsteilen, die z.B. als Spanner
oder Bauteilzentrierungen ausgebildet sein können. Das Gestell kann aus
mehreren Rohren zusammengesetzt sein. Derartige hochpräzise Greifeinrichtungen
werden auch als Handlinggreifer, Prozessgreifer oder Geogreifer
bezeichnet. Die Vorrichtung wird von einem Roboter geführt und
bewegt und relativ zu anderen Karosseriebauteilen und anderen Bearbeitungsvorrichtungen
und sonstigen Komponenten der Anlage oder Zelle bewegt. Hierbei
kann es zu Kollisionen und Crashs kommen, bei denen unter Umständen die
Vorrichtung beschädigt
wird. Derartige Beschädigungen
führen
meist zu einer geometrischen Veränderung
der Vorrichtung. Hierbei können
z.B. funktions- oder bauteilrelevante Vorrichtungsteile, wie Spanner,
Greifer, Pass- oder Scherstifte, Bauteilzentrierstifte oder dergleichen
verbogen, verdreht oder auf andere Weise aus ihrer Soll-Position
gebracht werden. Gleiches kann durch eine Verformung des Gestells,
insbesondere seiner Rohre geschehen. Durch diese meist bleibende
Verformung können
die Bauteile nicht mehr exakt genug gegriffen und gespannt werden.
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Greifeinrichtungen der genannten
Art sind häufig
modular aufgebaut, z.B. entsprechend der
DE 200 00 645 U1 oder der
DE 200 04 369 U1 .
Bei einer solchen Konstruktion sind die Funktionsteile, insbesondere
Spanner und Bauteilzentrierungen über eine Klemmverbindung am
Gestell befestigt. Im Crashfall können diese Funktionsteile aus
ihrer Position verschoben werden. Dies lässt sich wieder reparieren, wobei
allerdings die Greifeinrichtung vom Roboter abgenommen und in einer
externen Montagelehre im Vorrichtungsbau wieder wie bei der Erstmontage
vollkommen neu aufgebaut und vermessen werden muss. Dies ist ein
zeitraubender und arbeitsaufwendiger Vorgang.
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Die US-A-5,639,204 zeigt eine Kalibriervorrichtung
für den
Roboter selbst, die zur Kalibrierung der Roboterachsen dient. Hierfür ist an
der Roboterhand ein formschlüssiges
Positionierwerkzeug angeordnet, welches mit einem an einer raumfesten
und mit bekannter Position angeordneten Gegenstück formschlüssig in Kontakt gebracht wird.
Das Kalibrierwerkzeug ist kein Funktionsteil einer robotergeführten Vorrichtung
und auch keine Greifeinrichtung.
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Die WO 89/11434 A1 befasst sich mit
einer Führungseinheit,
die eine genaue Positionierung von robotergeführten Werkzeugen gegenüber einem Werkstück erlaubt,
selbst wenn der Roboter selbst keine allzu hohe Führungsgenauigkeit
besitzt. Die Führungseinheit
führt nur
die Roboterhand und positioniert diese in der prozessgerechten Stellung.
Am robotergeführten
Werkzeug selbst wird hierbei nichts verändert. Die Führungseinheit
ist keine Prüf-
und Einstellvorrichtung für
eine robotergeführte
Greifeinrichtung und deren Funktionsteile und hat eine hierzu unterschiedliche
Funktion.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Überprüfung und
gegebenenfalls Reparatur von Vorrichtungen der genannten Art zu
vereinfachen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit der Prüf- und Einstellvorrichtung
gemäß Hauptanspruch.
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Die beanspruchte Vorrichtung hat
den Vorteil, dass die Greiferreparatur vor Ort und ohne Demontage
vom Roboter durchgeführt
werden kann. Zudem ist der Reparatur- und Einrichtaufwand wesentlich
geringer als beim Stand der Technik.
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Die Prüf- und Einstellvorrichtung
erleichtert besonders die Reparatur von modularen Vorrichtungen
und Greifeinrichtungen. Die Funktionsteile können für die Reparatur in ihrer Verbindung
zum Gestell gelockert oder gelöst
werden, mittels der Prüf-
und Einstellvorrichtung in die korrekte Position und Ausrichtung
gebracht, dort zumindest temporär
festgehalten und dann wieder in diese Position mit dem Greifergestell
fest verbunden werden. Die Prüf-
und Einstellvorrichtung weist hierfür ein oder mehrere an die jeweiligen
Funktionsteile angepasste Aufnahmen auf.
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Die Vorrichtung oder Greifeinrichtung
wird für
und während
des Prüf-
und Einstell- bzw. Reparaturvorgangs vom Roboter geführt und
in einer exakten Soll-Position gegenüber der Prüf- und Einstellvorrichtung
und deren Aufnahmen gehalten. Die korrekte Roboterposition kann
zuvor bei der Inbetriebnahme und mit einer unbeschädigten Vorrichtung
bzw. Greifeinrichtung ermittelt und fest abgespeichert werden. Die
Roboter-Soll-Position kann sich alternativ aber auch auf andere
Weise und zum Beispiel aus den Konstruktions- oder Anlagendaten
gewonnen werden.
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Die Einricht- und Reparaturgenauigkeit hängt von
der Positioniergenauigkeit des Roboters ab. Um hier eine möglichst
große
Genauigkeit zu erzielen, kann die Prüf-und Einstellvorrichtung ein oder mehrere
Referenzpunkte haben, an denen sich der Roboter zur Überprüfung und
eventuellen Korrektur seiner Positioniergenauigkeit referieren und
einmessen kann. Dies kann z.B. über
den Tool-Center-Point (TCP) des Roboters geschehen.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen
beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1 bis 5: einen Roboter mit einer
Greifeinrichtung sowie einer Prüf-und Einstellvorrichtung
in verschiedenen perspektivischen Ansichten,
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6:
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Funktionsteils der Greifeinrichtung der Prüf- und Einstellvorrichtung,
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7:
eine andere perspektivische Ansicht der gleichen Position von 6 und
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8:
abgebrochene und vergrößerte Darstellungen
anderer Funktionsteile an der Prüf-
und Einstellvorrichtung.
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In
1 bis
5 ist ein Teil einer Zelle
oder Anlage aus der Rohbaufertigung von Fahrzeugkarosserien dargestellt.
Die Zeichnungen zeigen einen Roboter (
3) mit einer Vorrichtung
(
2) zum genauen Halten und Führen von Karosseriebauteilen
(nicht dargestellt). Der Roboter (
3) ist vorzugsweise als
mehrachsiger Roboter, insbesondere als sechsachsiger Gelenkarmroboter
ausgebildet, der gegebenenfalls noch weitere Achsen, insbesondere
zusätzliche Fahrachsen
haben kann. Die Vorrichtung (
2) ist in der bevorzugten
Ausführungsform
als Greifeinrichtung, insbesondere als Handling-, Prozess- oder
Geogreifer zum exakten Halten und Führen von Karosseriebauteilen
ausgebildet. Die Vorrichtung (
2) kann entsprechend der
DE 200 00 645 U1 oder
der
DE 200 04 369
U1 ausgebildet sein.
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Die dargestellte Greifeinrichtung
(2) besteht aus einem Gestell (4), welches mit
der Roboterhand (22) verbunden ist. Gegebenenfalls ist
eine Wechselkupplung zur lösbaren
Verbindung vorgesehen. Das Gestell (4) wird z.B. von einer
mit der Roboterhand (22) verbundenen Grundkörper und
ein oder mehreren Rohren (5) gebildet. Diese Rohre können sogenannte
Funktionsteile der Greifeinrichtung (2) sein. Zum exakten
Halten und Führen
der Bauteile sind an den Rohren (5) weitere Funktionsteile
(6,7), zum Beispiel Spanner (6) und Bauteilzentrierungen
(7) mit exakten Positionen und Ausrichtungen bzw. Orientierungen
befestigt. Die Befestigung kann über
eine Klemmverbindung mit Pass- und Scherstiften erfolgen. Vorzugsweise
werden hierbei nach dem Einrichten die Passstifte bei den Spannern
(6) und Bauteilzentrierungen (7) wieder entfernt,
damit diese nur noch durch die Klemmung an den Rohren (5)
gehalten sind.
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Die Greifeinrichtung (
2)
kann eine mitgeführte
Kontrolleinrichtung (
19) aufweisen, mit der während des
Greiferbetriebs die Einhaltung der genauen Position und Orientierung
der Funktionsteile (
5,
6,
7) und damit
der gesamten Greifergeometrie überwacht werden
kann. Die Kontrolleinrichtung (
19) ist z.B. in der in der
DE 202 19 713 U1 beschriebenen
Weise ausgebildet und besteht aus ein oder mehreren Sendeeinheiten,
die einen Laserstrahl (
20) mit exakter Ausrichtung emittieren,
der an genau positionierten Reflektoren (
21) an den Funktionsteilen
(
5,
6,
7) reflektiert und dann wieder einer
Empfangseinheit aufgenommen wird. Sobald sich im Crashfall oder
auf Grund anderer Einflüsse
die Position eines überwachten
Funktionsteils (
5,
6,
7) ändert, ändert sich auch
das Reflexionsverhalten für
den Laserstrahl (
20), was von der Empfangseinrichtung bemerkt
und als Fehler signalisiert wird.
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Falls es zu derartigen Positionsänderungen der
Funktionsteile (5,6,7) oder zu anderen Änderungen
der Greifergeometrie, zum Beispiel durch eine insbesondere bleibende
Verformung des Gestells (4) kommt, muss die Greifeinrichtung
(2) wieder repariert und genau eingestellt werden. Zu diesem
Zweck ist eine Prüf-
und Einstellvorrichtung (1) vorgesehen, die extern und
im Arbeitsbereich des Roboters (3) angeordnet ist. Der
Roboter (3) führt
die Greifeinrichtung (2) gegenüber dieser Prüf- und Einstellvorrichtung (1),
die stationär
angeordnet ist.
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Die Prüf- und Einstellvorrichtung
(1) weist ein oder mehrere formschlüssige Aufnahmen (10,11,12) zur
genauen Positionierung und zumindest temporären Fixierung von ein oder
mehreren Funktionsteilen (5,6,7) der
Greifeinrichtung (2) auf. Mittels dieser Aufnahmen (10,11,12)
können
die betroffenen Funktionsteile (5,6,7)
nach Lösen
oder Lockern ihrer Verbindung mit der Greifereinrichtung (2),
insbesondere deren Gestell (4) wieder in die exakte Position
eingerichtet und in dieser zumindest temporär fixiert werden. Anschließend kann
das Funktionsteil (5,6,7) wieder fest über eine
Klemmverbindung oder auf andere Weise mit dem Gestell (4)
oder anderen Teilen der Greifeinrichtung (2) verbunden
werden, wodurch die exakte Greifergeometrie wieder hergestellt ist. Nach
Lösen des
Funktionsteils (5,6,7) von der Aufnahme
(10,11,12) ist die Greifeinrichtung (2)
wieder betriebsbereit.
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Dieser Einrichtvorgang kann ohne
Demontage der Greifeinrichtung vom Roboter (3) durchgeführt werden.
Der Roboter (3) bringt vielmehr die Greifeinrichtung (2)
mit ihren zu überprüfenden oder
neu einzurichtenden Funktionsteilen (5,6,7)
in die exakte Soll-Position zu den Aufnahmen (10,11,12)
der Prüf- und
Einstellvorrichtung (1). Zu diesem Zweck wird bei der Inbetriebnahme
oder zu einem anderen geeigneten Zeitpunkt die unbeschädigte Greifeinrichtung
(2) vom Roboter (3) mit einigen oder vorzugsweise
allen relevanten Funktionsteilen (5,6,7)
an die jeweilige Aufnahme (10,11,12)
vorsichtig heranbewegt und hier exakt positioniert. Diese exakte
Position kann per Handsteuerung des Roboters (3) in einem
teaching-Vorgang aufgefunden werden. Sie lässt sich alternativ auch automatisch
und direkt über
auf beliebige Weise ermittelte oder bekannte Positionsdaten anfahren,
insbesondere wenn die Prüf-
und Einstellvorrichtung (1) mit ihren Aufnahmen (10,11,12)
exakt vermessen und positioniert ist, so dass der Roboter (3)
die mit ihren Positionen und Orientierungen ebenfalls exakt bekannten
Funktionsteile (5,6,7) direkt an den
zugehörigen
Aufnahmen (10,11,12) positionieren kann.
Die für
jede Positionierung zwischen Funktionsteil (5,6,7)
und zugehöriger
Aufnahme (10,11,12) sich ergebende Roboterposition
wird aufgenommen und dauerhaft gespeichert. Sie bildet den Sollwert
für spätere Prüfungen und
insbesondere ein Einrichten und Reparieren der Greifeinrichtung
(2) und ihrer Funktionsteile (5,6,7).
Bei einem solchen Einrichtvorgang kann in der vorbeschriebenen Weise der
Roboter (3) die Greifeinrichtung (2) und das jeweils
betroffene Funktionsteil (5,6,7) in die
Sollposition zur jeweiligen Aufnahme (10,11,12)
bringen, wo dann das Funktionsteil (5,6,7)
in der vorbeschriebenen Weise eingerichtet wird. Die Aufnahme (10)
für einen
Spanner (6) besitzt mindestens einen Anschlagkörper (14),
der ein oder mehrere Anschlagseiten für einen Flächenkontakt mit ein oder mehreren
definierten Anschlagflächen
(15) des Spanners (6) aufweisen kann. Der Anschlagkörper (14)
ist zum Beispiel als Quader oder Würfel ausgebildet und hat zumindest
zwei in einem beispielsweise 90° Winkel angeordnete
Anschlagseiten. Die Anschlagflächen (15)
sind am Gehäuse
des Spanners (6) vorhanden, wobei diese als exakt bearbeitete
Flächen
ausgebildet sind, die genau zu den Anschlagsseiten passen. Durch
einen formschlüssigen
Kontakt zwischen Anschlagflächen
und Anschlagseiten kann der Spanner (6) an der Aufnahme
(10) exakt positioniert und orientiert werden. Er kann
an der Aufnahme (10) zumindest temporär in dieser Position fixiert
werden. Hierfür
ist eine geeignete temporäre
Halterung (18) vorgesehen, die beispielsweise als Schraubverbindung am
Anschlagkörper
(14) ausgebildet ist. Es kann sich alternativ aber auch
um eine Klemmverbindung, eine Magnetverbindung oder dergleichen
handeln. Der vom Gestell (4) zumindest teilweise gelöste Spanner (6)
kann somit in die Soll-Lage gebracht, hier temporär fixiert
und dann wieder fest mit dem Gestell (4) verbunden werden.
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Die Bauteilzentrierungen (7)
haben ein oder mehrere geeignete Zentrierelemente (8),
die zum Beispiel als Zentrierstifte ausgebildet sind. Die hierfür vorgesehene
Aufnahme (11) ist als Säule
oder Zapfen ausgebildet, die ein oder mehrere formangepasste Aufnahmebohrungen
(16) zum passgenauen Aufnehmen der Zentrierstifte (8)
aufweist. Vorzugsweise ist die Aufnahmebohrung (16) vertikal
ausgerichtet und weist mit ihrer Öffnung nach oben.
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Für
die Rohre (5) des Gestells (4) kann ebenfalls
eine Aufnahme (12) vorhanden sein. Diese besitzt z.B. einen
horizontal ausgerichteten Führungsstutzen
(17), der passgenau in das Rohrende eingeführt werden
kann. Hierüber
kann die Rohrausrichtung in drei Achsen überprüft und eingestellt werden, wobei
mittels der Einfahrtiefe und eines definierten Anschlags auch die
Axialposition überprüfbar ist.
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Die Aufnahmebohrung (16)
und der Führungsstutzen
(17) bilden durch ihre in mehreren Achsen formschlüssige und
passgenaue Verbindungsmöglichkeit
mit den Zentrierstiften (8) und den Rohren (5)
bereits eine temporäre
Halterung, so dass hier die Fixierung über einfaches Aufstecken erfolgen kann.
Zusätzliche
Fixiermittel sind nicht erforderlich, können alternativ aber vorhanden
sein.
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Die Prüf- und Einstellvorrichtung
(1) kann ferner ein oder mehrere Referenzpunkte zum referieren und
einmessen des Roboters (3) aufweisen. Dies sind zum Beispiel
vertikale Stifte mit exakt geformter und positionierter Spitze.
An ein oder mehreren Referenzpunkten (13) (nur einer ist
dargestellt) kann sich der Roboter (3) vor der Durchführung des
Einrichtvorgangs referieren, wobei eventuelle Achsenfehler kompensiert
werden können.
Der Roboter (3) ist dann in der Lage, mit der Greifeinrichtung
(2) und den Funktionsteilen (5,6,7)
die gespeicherten Soll-Positionen exakt anzufahren.
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Die vorbeschriebenen Aufnahmen (10,11,12)
sind vorzugsweise gemeinsam an einem säulenartigen Träger oder
Ständer
(9) angeordnet und haben eine bekannte oder durch den vorerwähnten teaching-Vorgang
ermittelte Position und Orientierung. Die Spanneraufnahme (10),
die Bauteilzentrierungsaufnahme (11) und der Referenzpunkt
(13) sind hierbei vorzugsweise gemeinsam auf einer Platte
am oberen Ende des Ständers
(9) angeordnet. Die Rohraufnahme (12) kann mit
Abstand hiervon seitlich am Ständer
(9) angeordnet sein.
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Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform
sind in verschiedener Weise möglich.
Zum einen kann die Ausbildung und Positionierung der Aufnahmen (10,11,12)
variieren. Statt Anschlagkörpern (14)
können
andere formschlüssige
Positioniermittel für
die Spanneraufnahme (6) verwendet werden. Variierbar ist
auch die Bauteilzentrierungsaufnahme (11), die bei Verwendung
anderer Zentriermittel (8), zum Beispiel Zentrierkalotten
an Stelle von Zentrierstiften, entsprechend anders ausgebildet und
gegebenenfalls auch positioniert ist, wobei sie für die Formkompabilität mit Zentrierkalotten entsprechende Zentrierzapfen
oder dergleichen aufweist. Eine entsprechende Formumkehr ist auch
bei der Rohraufnahme (12) möglich, die statt des innenseitig
eingeführten
Führungsstutzens
(17) eine außenseitig über das
Rohr (5) zu stülpende
Führungsmuffe
haben kann.
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In weiterer Abwandlung können die
Aufnahmen (10,11,12) an anderen geeigneten
Stellen im Arbeitsbereich des Roboters (3) angebracht sein,
z.B. an einem Spannwerkzeug (nicht dargestellt). Sie müssen auch
nicht an einer Stelle vereint sein. Beispielsweise können die
Aufnahmen (10,11,12) auch am Sockel oder
an anderer Stelle des Roboters (3) angebracht sein. Gleiches
gilt für
den oder die Referenzpunkte (13).
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Die beschriebene Prüf- und Einstellvorrichtung
(1) kann nicht nur zum Einrichten und Referieren, sondern
auch zum Prüfen
der Greifeinrichtung (2) verwendet werden, wobei sie die
vorbeschriebene Kontrollvorrichtung (19) gegebenenfalls
ersetzen kann. In diesem Fall bewegt der Roboter die verschiedenen
zu überprüfenden Funktionsteile
(5,6,7) nacheinander zu den zugehörigen Aufnahmen (10,11,12)
in die Soll-Position. Die exakte Positionierung kann durch einen
Werker überwacht
und kontrolliert werden. Dies kann alternativ auch automatisch über entsprechende
Sensoren an den Aufnahmen (10,11,12)
geschehen, die mit der Robotersteuerung verbunden sind. Dies können zum
Beispiel Kontaktsensoren oder Abstandssensoren sein, die einen aus
Sicherheitsgründen
in einer Prüfposition einzunehmenden
Abstand zwischen den Funktionsteilen (5,6,7)
und den zugehörigen
Aufnahmen (10,11,12) an mehreren räumlich verteilten
Stellen messen und mit einem Vorgabewert vergleichen. Bei Abweichungen
vom Sollwert wird ein Warnsignal ausgegeben und gegebenenfalls der
Roboter (3) bis zur Reparatur und dem erneuten Einrichten
der Greifeinrichtung (2) abgeschaltet.
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- 1
- Prüf- und Einstellvorrichtung
- 2
- Vorrichtung,
Greifeinrichtung
- 3
- Roboter
- 4
- Gestell
- 5
- Funktionsteil,
Rohr
- 6
- Funktionsteil,
Spanner
- 7
- Funktionsteil,
Bauteilzentrierung
- 8
- Zentrierelement,
Zentrierstift
- 9
- Träger, Ständer
- 10
- Aufnahme,
Spanneraufnahme
- 11
- Aufnahme,
Bauteilzentrierungsaufnahme
- 12
- Aufnahme,
Rohraufnahme
- 13
- Referenzpunkt
für Roboter
- 14
- Anschlagkörper
- 15
- Anschlagfläche
- 16
- Aufnahmebohrung
- 17
- Führungsstutzen
- 18
- temporäre Halterung,
Schraubverbindung
- 19
- Kontrollvorrichtung
- 20
- Laserstrahl
- 21
- Reflektor
- 22
- Roboterhand