DE2430691A1

DE2430691A1 - Vorrichtung zur selbsttaetigen bestimmung der lage sowie zur ausrichtung eines werkstuecks

Info

Publication number: DE2430691A1
Application number: DE2430691A
Authority: DE
Inventors: David D Grossman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DE2430691C2; GB1422104A; FR2234961A1; FR2234961B1; US3881605A

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen der Anmelderin:

Neuanmeldung
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Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung der Lage sowie zur Ausrichtung eines Werkstücks

Zur Bearbeitung von Werkstücken müssen diese üblicherweise einer Zuführoder sonstigen Transportvorrichtung in einer vorbestimmten Lage zugeführt werden. Hierzu verwendet man Magazine oder ähnliche, meist nur für ein bestimmtes Werkstück oder eine geringe Anzahl bestimmter Werkstückformen verwendbare Vorrichtungen.

Es sind aber auch Werkstück-Ausrichtvorrichtungen bekannt, wie zum Beispiel Vibratoren, in denen bestimmte Werkstücke, wie Stifte, Schrauben u. ähnl. in eine vorbestimmte Ausrichtung gebracht werden. Die Anwendung solcher Maschinen ist aber jeweils auf wenige Werkstückarten bzw. -formen begrenzt. Soll eine große Anzahl unterschiedlicher Werkstücke verarbeitet werden können, so werden solche Anlagen zu kompliziert und gleichfalls zu teuer.

Ein anderes Verfahren zur selbsttätigen Ausrichtung ungeordneter Werkstücke besteht darin, eine vorzugsweise als Roboter ausgebildete Entnahmevorrichtung mit Abtastmitteln auszustatten, weiche die Position des Werkstücks feststellen und der Robotersteuerung ein entsprechendes Signal zusenden, das ein "Finden" des Werkstücks durch den Greifer des Entnahmearms sicherstellt. Diese Art der Abtastung der Werkstückposition ist jedoch in zahlreichen Fällen technisch außerordentlich aufwendig, so daß sie sich nicht durchsetzen konnte.

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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung der Lage eines Werkstücks geschaffen, die auf außerordentlich einfache Weise die Möglichkeit bietet, die jeweilige Position eines Werkstücks darstellende Signale zu gewinnen und diese zur Steuerung einer Entnahmevorrichtung auszuwerten. Die Erfindung ist durch die im Patentanspruch 1 angegebene Lösung gekennzeichnet. Ihr besonderer Vorteil liegt in dem sehr einfachen Aufbau und der hohen Flexibilität in der Verwendung für Werkstücke unterschiedlichster Form, soweit diese auf einer schrägen Fläche, welche von zwei Seitenflächen begrenzt ist, eine relativ geringe Anzahl möglicher Stellungen einnehmen können. Zur Feststellung der Lage des Werkstücks in der Ecke der Grundplatte befinden sich auf definierte Positionen der Grundplatte wirksame Abtastelemente, welche vorzugsweise an ein Steuergerät angeschlossen sind, das seinerseits entsprechende Steuersignale an eine angeschlossene Entnahmevorrichtung sendet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivdärstellung einer

Anordnung zur Bestimmung der Lage und zur Ausrichtung eines Werkstücks;

Fign. 2A + 2B vergrößerte schematische Draufsichten auf die Grund

platte der Anordnung nach Fig. 1 zur Darstellung der Lage der Abtaster für eine bestimmte Werkstückform;

Fign. 3A + 3B vergrößerte schematische Draufsichten auf die Grund

platte der Anordnung nach Fig. 1 zur Darstellung der Lage der Abtaster für eine andere Werkstückform;

Fign. 4A - 4H sämtliche möglichen Positionen des Werkstücks nach

den Fign. 2A und 2B auf der Grundplatte gemäß Fig. 1, jeweils mit den die einzelnen Werkstückpositionen darstellenden Codesignalen; und

Fign. 5A - 5F sämtliche sechs Möglichkeiten der Lage des Werkstücks

gemäß den Fign. 3A und 3B auf der Grundplatte nach

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Fig. 1', zusammen mit den die einzelnen Werkstückpositionen darstellenden Cödesignalen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem Vibrator 12, auch als Rüttler benannt, mit einer Vibratorplatte 14, aufweicher ein Behälter 16 mit einer Grundplatte 22 und zumindest zwei Seitenwänden 18 und 20 angeordnet ist. Gemäß Fig. 1 sind die Grundplatte 22 und die Seitenwände 18 und jeweils im rechten Winkel zueinander verbunden; es kann aber auch ein anderer, vom rechten Winkel abweichender Winkel gewählt werden.

Der Behälter 16 ist auf der Vibratorplatte 14 mittels dreier Beine 24, 26 und gelagert, von denen zwei, nämlich die Beine 26 und 28, zum Zwecke der Veränderung der Winkellage des Behälters 16 relativ zur Vibratorplatte 14 verstellbar ausgebildet sind. Hierzu dienen Gewindebolzen 30 und 32, die in entsprechende Gewindebohrungen in den Beinen 26 bzw. 28 eingeschraubt sind. Flanschen 39 dienen zur Befestigung der Beine 24, 26 und 28 auf der Vibratorplatte 14. Die Befestigung dieser Flanschen 39 ist so gestaltet, daß sie in geringen Grenzen verstellbar sind. Die Lagerung des Behälters 16 auf dem Bein 24 erfolgt über eine Kugelpfannen-Verbindung 37.

Die Oberflächen der Grundplatte 22 und der Seitenwände 18 und 20, auf denen ein Werkstück 34 aufliegt, können aus unterschiedlichem Material bestehen, wie zum Beispiel Holz, Metall oder Kunststoff, und gegebenenfalls mit einem Werkstoff bestimmten Reibungswertes, wie zum Beispiel Polytretrafluoräthylen, beschichtet sein. Die Nejgung der Grundplatte 22 wird in Verbindung mit dem Reibungswert zwischen der Oberfläche der Grundplatte bzw. den Seitenwänden 18 und 20 einerseits und dem Werkstück 34 andererseits sb gewählt, daß das Werkstück 34 seine Lage auf der Grundplatte 22 beibehält, solange sich der Behälter 16 in Ruhe befindet, bei der geringsten Bewegung des Behälters jedoch das Werkstück 34 in Richtung des Pfeiles zu rutschen beginnt, nämlich dann, wenn der Vibrator 12 eingeschaltet wird. Je nach der Oberflächenbeschaffenheit des zu verarbeitenden Werkstücks 34 und der Oberfläche der Grundplatte 22 ist somit die Winkellage des Behälters 16 zu justieren. Ein in den Behälter 16, nämlich auf die Grundplatte 22, zugeführtes Werkstück von beliebiger Ausrichtung wird somit, wenn der Vibrator 12 eingeschaltet wird, in Richtung des Pfeiles zunächst bis zur Seitenwand 20 oder der Seitenwand -18 rutschen, und schließlich unter der Wirkung seiner Schwerkraft

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in einer irgendwie definierten Stellung in die Ecke 36 gelangen, wo es sowohl mit der Grundplatte 22, als auch mit den Seitenwänden 18 und 20 an einer entsprechenden Anzahl Punkten in Berührung ist. Nun wird der Vibrator 12 abgeschaltet, und das Werkstück 34 befindet sich in der Ecke 36 in einer von wenigen möglichen Stellungen.

Hierbei ist vorausgesetzt, daß das Werkstück 34 eine hierfür geeignete Form hat, welche eine Lagebestimmung ermöglicht. So sind beispielsweise bei Schlitzschrauben insgesamt vier Ausrichtungspositionen in der Ecke 36 denkbar, wenn man die axiale Drehlage außer Betracht läßt; diese ist aber bei einem Ausrichtvorgang der hier beschriebenen Art im allgemeinen unwesentlich, da die bekannten Schraubwerkzeuge so gestaltet sind, daß sie selbsttätig den Schlitz im Schraubenkopf zu finden vermögen.

In der Grundplatte 22 befinden sich, wie Fig. 1 weiter zeigt. Abtaster 38', welche über Leitungen 40 mit einem Steuergerät 41 verbunden sind. Das Steuergerät identifiziert entsprechend den von den Abtastern 38' übermittelten Signalen die Lage des Werkstücks 34 und gibt über eine Leitung entsprechende Steuersignale an einen Roboter 43 mit einem Arm 44 und einem Arm 46. Es ist somit nicht erforderlich, daß der Roboter 43 die Lage des Werkstücks 34 feststellt, sondern er wird durch die Werkstückposition darstellende Signale vom Steuergerät 41 unmittelbar gesteuert.

Anzahl und Anordnung der Abtaster 38' in der Grundplatte 22 richten sich maßgeblich nach Form und Größe der zu verarbeitenden Werkstücke 34. Hierbei gilt grundsätzlich, daß die Lage des Werkstücks 34 eindeutig identifizierbar sein muß, daß aber andererseits die Auswertung der von den Abtastern 38' abgegebenen Signale und deren Verarbeitung im Steuergerät 41 desto einfacher ist, je weniger Abtaster 38' vorhanden sind.

Die in den Fign. 2A, 2B, 3A und 3B dargestellten Abtaster 38 bis 38' veranschaulichen die Wahl der Abtasterpositionen unter Berücksichtigung des zu verarbeitenden Werkstücks 34' bzw. 34. Ausbildung und Funktion

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der Abtaster 38 bzw. 38' sind für die Arbeitsweise des beschriebenen Prinzips unwesentlich: Man kann als Abtaster Luftdüsen, Photozellen, magnetische Abtastelemente oder anderes verwenden. Bezeichnet man das von den Abtastern bei Feststellung eines Werkstücks abgegebene Signal mit ¹¹1" und das bei der Feststellung, daß kein Werkstück an der betreffenden Abtasterposition erkennbar ist, mit "0",- so ist die Lage des jeweils festgestellten Werkstücks durch eine einfache digitale Informationsfolge darstellbar.

Auf das Beispiel in den Fign. 2A und 4A bezogen heißt das, wenn man die vorherigen Definitionen für "1" und "0" zugrunde legt und die Abtasterpositionen mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet, daß die dort festgestellte Werkstückposition mit der Ziffernfolge 1011 definiert ist, während sie für das Beispiel in denFign. 2B und 4B 0101 lautet. Für die Abtasterpositionen 9, 8 und 7 in dem Beispiel nach den Fign. 3A und 5A lautet die Signalkombination 111, während das Beispiel nach den Fign. 3B und 5B eine Signalkombination 110 darstellt. "Jeder einzelnen der in den Fign. 4A bis 4H und in den Fign. 5A bis 5F dargestellten Positionsmöglichkeiten des Werkstücks 34' bzw, 34 ist somit eine ganz bestimmte Signalkombination zugeordnet, welche dem Steuergerät 41 in eindeutiger Weise anzeigt,, wie das jeweils festgestellte Werkstück im Behälter 16 nach Erreichen seiner Endlage in der Ecke 36 ausgerichtet ist. Das dem Steuergerät 41 zugeführte Ergebnis wird sodann in ein Befehlssignal umgewandelt und über die Leitung 42 dem Roboter 43 zugeführt, der das Werkstück dementsprechend erfaßt.

Die Abtaster 38 bzw. 38' sind in den Zeichnungen als in der Grundplatte 22 des Behälters 16 angeordnet dargestellt. Stattdessen können die Abtastsignale aber auch von einer Kamera erzeugt werden, die mit separaten Strahlengängen auf die definierten Abtastpunkte ausgestattet und entsprechend ausgerichtet ist. Für diesen Zweck ist es erforderlich, daß der Behälter 16 eine von den Werkstücken 34 bzw. 34' unterschiedliche Farbe aufweist. Auch bei dieser Technik der Abtastung ist es wesentlich, daß im allgemeinen nur eine sehr geringe Anzahl von Abtastpunkten erforderlich sind, um das gewünschte eindeutige Abtastergebnis zu erzielen. Der Aufwand der entsprechenden technischen Einrichtung hierfür ist somit

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nicht vergleichbar mit denjenigen Fällen, in denen Hunderte von Testpunkten von der Kamera erfaßt werden müssen.

Eine weitere Möglichkeit der Feststellung der Werkstücklage besteht darin, anstelle der beschriebenen Abtastelemente in der Grundplatte 22 bzw. mit Hilfe einer Kamera die jeweilige Gewichtsverteilung des Werkstücks 34 im Behälter 16 zu ermitteln und daraus die Werkstücklage festzustellen, wofür zum Beispiel die Beine 24, 26 und 28 mit entsprechenden Gewichts sensoren ausgerüstet werden können. '

Mittels einer Leitung 47 kann der Vibrator 12 vom Steuergerät 41 aus ein- und ausgeschaltet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ί. Vorrichtung zur selbsttätigen Bestimmung der Lage sowie zur Ausrichtung eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (16), bestehend aus einer Grundplatte (22) und mindestens zwei Seitenwänden (18, 20), welche eine am tiefsten Punkt des Behälters (16) befindliche Ecke (36) bilden, in Schräglage angeordnet und mittels eines Vibrators (12) bewegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Grundplatte (22) und der Seitenflächen (18, 20) als Reibungsflächen ausgebildet sind, welche in bezug auf die Schräglage des Behälters (16) ein Gleiten des Werkstücks (34, 34') nur bei eingeschaltetem Vibrator (12) ermöglichen.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (16) bezüglich seiner Schräglage verstellbar gelagert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Lage des Werkstücks (34, 34') in der Ecke (36) auf definierte Positionen der Grundplatte (22) wirksame Abtastelemente (38, 38') angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastelemente (38, 38') an ein Steuergerät (41) angeschlossen sind, welches entsprechend den ankommenden, die Werkstückposition codiert darstellenden Abtastsignalen Steuersignale an eine angeschlossene Entnahmevorrichtung (43) für das Werkstück (34, 34') sendet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmevorrichtung als Roboter (43, 44) mit entsprechend der festgestellten Werkstückposition verstellbarem Greifer (46) ausgebildet ist.

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