DE29810345U1 - Manuelle Werkzeugwechselvorrichtung - Google Patents

Description

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Patentanwälte OL^Rfc#t & iBvscHUöhü;

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G 868 - Bu/bo 9. Juni 1998

Seubert GmbH Bearbeitungstechnik, 35236 Breidenbach

Manuelle Werkzeugwechselvorrichtung Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine manuelle Werkzeugwechselvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In vielen Bereichen der industriellen Fertigung werden Werkzeuge mit Hilfe von Robotern betätigt bzw. betrieben. Das Werkzeug ist am äußeren Ende eines Roboterarms befestigt, der um mehrere Achsen schwenkbar, ein zu bearbeitendes Werkstück anfahren und aufgrund seiner Programmierung den erforderlichen Arbeitsschritt präzise ausführen kann. In der Metallverarbeitung, insbesondere in der Karosseriefertigung werden vielfach Schweißroboter eingesetzt, die mittels Schweißzangen computergesteuert Schweißpunkte setzen, um Bauteile miteinander zu verbinden.

Nach einer bestimmten Standzeit oder nach dem Abarbeiten vorgegebener Fertigungsschritte ist es i.d.R. erforderlich, das Werkzeug entweder vollständig zu wechseln oder es zu Wartungs- und/oder Reparaturzwecken vorübergehend von dem Roboterarm abzunehmen. Anschließend muß ein neues oder das regenerierte Werkzeug, mit der gleichen exakten Positionierung auf den Roboterarm aufgesetzt werden, damit der Roboter mit den bisherigen, einprogrammierten Ansteuerpositionen arbeiten kann. Dieser Vorgang erfolgt entweder vollautomatisch oder manuell, wobei stets auf eine genaue Ausrichtung des Werkzeugs zu achten ist. Diesbezüglich weisen jedoch herkömmliche Werkzeugwechselsysteme, insbesondere manuell betätigbare Wechselvorrichtungen erhebliche Mängel auf.

• I

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und weitere Mangel zu beseitigen und eine manuelle Werkzeugwechselvorrichtung zu schaffen, die einen einfachen und schnellen Wechsel eines an einem Roboterarm gelagerten Werkzeugs ermöglicht, wobei die vorherige Ausrichtung des Werkzeugs in Bezug auf den Roboterarm präzise beibehalten werden soll. Die insgesamt robuste Vorrichtung soll ferner kostengünstig aufgebaut und einfach zu handhaben sein.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 20.

Bei einer Werkzeugwechselvorrichtung zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs an einem Roboterarm mit einer an dem Roboterarm festlegbaren Aufnahme-Halterung sowie einem darin einsetzbaren und fixierbaren, mit dem Werkzeug fest verbindbaren Adapter, sieht die Erfindung laut Anspruch 1 vor, daß die Aufnahme-Halterung mit dem Roboterarm und der Adapter mit dem Werkzeug beim Ankoppeln des Roboterarms an das Werkzeug bezüglich wenigstens eines Referenzpunktes und wenigstens einer Referenzlinie zueinander ausrichtbar und in dieser Ausrichtung aneinander fixierbar sind. Ein von dem Roboterarm abgenommenes Werkzeug wird damit bei jedem Wiederaufsetzen auf den Roboterarm stets in die gleiche, exakt definierte Position gebracht, d.h. die vorherige Ausrichtung des Werkzeugs in Bezug auf den Roboterarm wird stets präzise beibehalten. Sämtliche Ansteuerpositionen blieben erhalten; Änderungen in der Robotersteuerung sind nicht erforderlich.

Gemäß Anspruch 2 sind zur Ausrichtung der Aufnahme-Halterung und des Adapters dem Referenzpunkt und/oder der Referenzlinie zugeordnete Paß- und/oder Fixierelemente vorgesehen. Diese sorgen für eine hohe Wiederholgenauigkeit selbst bei einem Werkzeugwechsel. Werden mehrere - auch verschiedene - Werkzeuge mit den genannten Paß- und/oder Fixierelemente versehen, können diese problemlos nacheinander auf dem Roboterarm betrieben werden, ohne in der Ansteuer-Programmierung des Roboters Änderungen vornehmen zu müssen. Da die Ausrichtung von Roboterarm und Werkzeug stets anhand der gleichen Referenzpunkte bzw. -linien erfolgt, bleibt eine zuvor definierte Positionierung vollständig erhalten.

In der Ausbildung von Anspruch 3 liegt der Referenzpunkt jeweils in der Mittelachse der Aufnahme-Halterung und des Adapters liegt. Das Werkzeug wird

somit immer zur Mitte des Werkzeugs und des Roboterarms hin zentriert. Diese läßt sich damit beispielsweise als Nullpunkt eines Koordinatensystems definieren, was die Roboter-Programmierung wesentlich vereinfacht. Dazu trägt auch Anspruch 4 bei, wenn die Referenzlinie jeweils in der Querachse der Aufnahme-Halterung und des Adapters liegt. Definiert man diese als Null-Linie, wird das Werkzeug nicht nur zentral, sondern auch horizontal und vertikal ausgerichtet.

Anspruch 5 sieht vor, daß die Aufnahme-Halterung und der Adapter symmetrisch zur Referenzlinie ausgebildet sind. Dies vereinfacht die gesamte Konstruktion erheblich und unterstützt die einmal getroffene Ausrichtung von Werkzeug und Roboterarm. Letzterer kann sogar mit einem relativ großen Winkelversatz das Werkzeug anfahren, ohne die spätere Ausrichtung zu beeinträchtigen.

Für eine optimale Zentrierung des Werkzeugs sorgt die Ausgestaltung von Anspruch 6. Danach weist die Aufnahme-Halterung einen konzentrisch zur Mittelachse ausgerichteten Zentrierstift und der Adapter eine konzentrisch zur Mittelachse ausgerichtete Zentrierbuchse zur formschlüssigen Aufnahme des Zentrierstifts auf, wobei der Zentrierstift nach Anspruch 7 als Hülse ausgebildet und mit einer Durchgangsbohrung versehen sein kann. Durch diese lassen sich bei Bedarf Versorgungsleitungen des Werkzeugs führen. Oder man sieht die Durchgangsbohrung zur Aufnahme einer Steckverbindung vor zum Verbinden elektrischer, pneumatischer, optischer oder sonstiger Anschlüsse.

Konstruktiv ist es günstig, wenn die Zentrierhülse laut Anspruch 8 Teil einer Zentrierscheibe ist, die konzentrisch zur Mittelachse in die Aufnahme-Halterung einsetzbar und an dieser festlegbar ist. Zur Erleichterung des Andockvorgangs sieht Anspruch 9 vor, daß die Zentrierhülse endseitig verjüngt ausgebildet ist.

Gemäß der Weiterbildung von Anspruch 10 weist die Zentrierscheibe auf ihrer der Zentrierhülse abgewandten und dem Roboterarm zugewandten Seite einen konzentrisch zur Mittelachse ausgerichteten Absatz auf. Dadurch ist eine exakt definierte Positionierung der Aufnahme-Halterung an dem Roboterarm gewährleistet, die stets mit der Ausrichtung des Werkzeugs übereinstimmt. Um auch letzteres vollständig in die Justierung einzubinden, sitzt die Zentrierbuchse des Adapters laut Anspruch 11 mit einem Abschnitt in dem Werkzeug. Dadurch

erzielt man eine optimale Ausrichtung aller Komponenten in Bezug auf die festgelegten Referenzpunkte bzw. -linien.

Die Ausgestaltung von Anspruch 12 gewährleistet eine präzise Ausrichtung von Werkzeug und Roboterarm entlang der Referenzlinie. Danach weist die Aufnahme-Halterung wenigstens einen Paßstift, Nocken o.dgl. und der Adapter korrespondierende Ausnehmungen, Bohrungen, Buchsen o.dgl. auf, die jeweils gemeinsam mit dem Zentrierstift und der Zentrierbuchse fluchtend auf der Referenzlinie liegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht laut Anspruch 13 vor, daß die Aufnahme-Halterung eine manuell betätigbare Spannvorrichtung aufweist, die den Adapter parallel zur Querachse einspannt. Die durch den Andockvorgang getroffene Ausrichtung von Werkzeug und Roboterarm wird somit durch das Fixieren des Werkzeugs an dem Roboter nicht beeinträchtig. Die Spannvorrichtung unterstützt vielmehr die Justierung, insbesondere durch die Maßnahme von Anspruch 14, wonach die Spannvorrichtung den Adapter linear zweiseitig einspannt. Alternativ kann man die Spannvorrichtung gemäß Anspruch 15 auch radial ausbilden.

Vorteilhaft ist der Adapter nach Anspruch 16 mit einer in der Spannvorrichtung festlegbaren Fixierplatte versehen, wobei die Fixierplatte symmetrisch zum Referenzpunkt und/oder zur Referenzlinie liegt. Bei Bedarf kann die Fixierplatte und/oder der Adapter gemäß Anspruch 17 in dem Werkzeug integriert und/oder mit diesem einstückig sein. Der Fertigungsaufwand wird dadurch weiter reduziert.

In Einklang mit Anspruch 18 ist der Paßstift ein Codierstift. Mit diesem lassen sich unterschiedliche Werkzeuge identifizieren und Montagefehler wirkungsvoll vermeiden. Weitere Möglichkeiten ergeben sich durch die Maßnahmen von Anspruch 19. Danach sind Mittel zur Anzeige des Ladezustandes der Spannvorrichtung bzw. der Aufnahme-Halterung vorgesehen, die sofort erkennen lassen, ob ein Roboterarm frei ist oder nicht. Anspruch 20 sorgt für eine gute Haltbarkeit der Vorrichtung, indem sämtliche Bauteile korrosionsgeschützt sind, beispielsweise durch Beschichten.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Aufnahme-Halterung einer Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 2 eine kombinierte Seiten-ZSchnittansicht der Aufnahme-Halterung von Fig. 1 entlang der Linie A-A₁

Fig. 3 eine Schnittansicht der Aufnahme-Halterung von Fig. 1 entlang der Linie B-B,

Fig. 4 eine Teilansicht einer andere Ausführungsform einer Aufnahme-Halterung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Werkzeug-Adapter einer Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 6 einen Querschnitt des Adapters von Fig. 5 entlang der Linie C-C,
Fig. 7 einen Längsschnitt des Adapters von Fig. 5 entlang der Linie D-D,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 9 eine Rückansicht der Werkzeugwechselvorrichtung von Fig. 8,

Fig. 10 eine kombinierte Seiten-ZSchnittansicht der Werkzeugwechselvorrichtung von Fig. 8,

Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Werkzeug-Adapter der Werkzeugwechselvorrichtung von Fig. 8 und

Fig. 12 eine Schnittansicht des Adapters von Fig. 10 entlang der Linie E-E.

Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellte, allgemein mit 10 bezeichnete Werkzeugwechselvorrichtung ist für das manuelle Auswechseln von an Roboterarmen geführten Schweißzangen, Stanzwerkzeugen, Greifereinheiten o.dgl. ausgebildet. Sie umfaßt eine Aufnahme-Halterung 20 (Fig. 1 bis 4), die mittels einer Grundplatte 22 und Schrauben 26 an einem (nicht dargestellten) Roboterarm befestigt ist, sowie einen Adapter 70 (Fig. 5 bis 7), der rückseitig ein (nicht näher gezeigtes) Werkzeug, beispielsweise eine Schweißzange, trägt und in die Aufnahme-Halterung 20 einsetzbar und darin von Hand exakt positioniert festlegbar ist.

Die Aufnahme-Halterung 20 besitzt eine Spannvorrichtung 28 mit zwei einander parallel gegenüberstehenden, rechteckigen Klemmbacken 30, die flach

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auf der im wesentlichen runden Grundplatte 22 aufliegen und jeweils zwischen zwei parallel angeordneten Führungsplatten 38 in Verstellrichtung V querverschieblich gelagert sind (siehe Fig. 1). Die Führungsplatten 38 sind mittels Schrauben 41 an der Grundplatte 22 befestigt. Sie übergreifen - wie Fig. 2 zeigt - die bevorzugt stufenförmig ausgebildeten Schmalseiten 31 der Klemmbacken 30 derart, daß diese in jeder gewünschten (geschlossenen oder geöffneten) Position der Spannvorrichtung 28 sicher auf der Grundplatte 22 gehalten sind. Ein geringes Bewegungsspiel zwischen den Haltekanten 40 der Führungsplatten 38 und den stufenförmigen Schmalseiten 31 sorgt für eine leichtgängige Verstellbarkeit der insgesamt flach ausgebildeten Klemmbacken 30. In Fig. 3 erkennt man, daß die voneinander abgewandten Rückseiten 32 der Klemmbacken 30 senkrecht zur Grundplatte 22 stehen, während die der Mittelachse M der Halterung 20 bzw. der Werkzeugwechselvorrichtung 10 zugewandten Vorderseiten 34 der Klemmbacken 30 in einem Winkel von z.B. 45° gegenläufig schräg nach hinten geneigt sind. Ober- und Unterseiten der Klemmbacken 30 sind eben ausgebildet; sie können zur Gewichtseinsparung mit je zwei Bohrungen 35 versehen sein.

An den Rückseiten 32 jeder Klemmbacke 30 greift ein Gewindestift 44 an, der in einem senkrecht nach oben weisenden, äußeren Schenkel 23 der Grundplatte 22 ein- bzw. ausschraubbar gelagert und über einen stirnseitig angeordneten Rundzapfen 46 axialfest-drehbar mit der Klemmbacke 30 verbunden ist. Letztere weist hierzu senkrecht zur Mittelachse M eine mittig zur Backen-Rückseite 32 angeordnete Sackbohrung 33 auf, die den mit einer Umfangsnut 47 versehenen Rundzapfen 46 des Gewindestifts 44 mit geringem Spiel aufnimmt (siehe Fig. 3). Senkrecht zu dem Rundzapfen 46 ist von oben in die Klemmbacke 30 ein Sicherungsstift 48 eingesetzt (Fig. 1), der in die Umfangsnut 47 des Rundzapfens 46 eingreift und damit den Gewindestift 44 innerhalb der Klemmbacke 30 in Verstellrichtung V axial sichert. Zu Montagezwecken sind in der Grundplatte 22 zusätzliche Bohrungen 25 eingebracht. Diese sind derart angeordnet, daß die Öffnung für die Aufnahme des Sicherungsstifts 48 in der Klemmbacke 30 beim Einfahren derselben in Richtung Mittelachse M über der Bohrung 25 zum Liegen kommt. Der Sicherungsstift 48 kann nun von hinten durch die Grundplatte 22 in die Klemmbacke 30 eingeführt werden oder bei Bedarf durch diese Öffnung 25 hindurch nachträglich entfernt werden. Die Schenkel 23 der Grundplatte 22 verlaufen parallel zu den Längsseiten 32, 34 der Klemmbacken 30, so daß die fluchtend auf einer gemeinsamen Dreh- bzw.

Verstellachse D liegenden Gewindestifte 44 stets lotrecht zur Mittelachse M verlaufen.

Um die Klemmbacken 30 rasch und einfach betätigen zu können, sind in die äußeren Stirnflächen der Gewindestifte 44 Sechskant-Löcher 45 eingelassen, in die ein entsprechender (nicht gezeigter) Sechskantschlüssel einsteckbar ist. Von außen auf die Gewindestifte 44 aufgeschraubte Kontermuttern 49 dienen der Arretierung der Klemmbacken 30 in einer gewünschten Öffnungs- oder Schließstellung. Die Schenkel 23 der Grundplatte 22 sind hierzu außen mit einer Abflachung 24 versehen.

Wie Fig. 2 und 3 zeigen, ist rückseitig in die Grundplatte 22 eine Zentrierscheibe 50 eingesetzt. Sie hat einen konzentrisch zur Mittelachse M ausgerichteten Zentrierstift 52. Dieser ist als Zentrierhülse ausgebildet, die eine konzentrische Durchgangsbohrung 54 aufweist und die Grundplatte 22 nach vorne hin durchragt. Ein scheibenförmiger Absatz 58, der sich von der Rückseite der Zentrierscheibe 50 abhebt, sorgt für eine konzentrische Ausrichtung der Aufnahme-Halterung 20 zur Mittelachse M am Roboterarm. Seitlich neben der Zentrierhülse 52 ist im Bereich der Klemmbacken 30 ein zusätzlicher Paßstift 62 in die Grundplatte 22 eingelassen, der gemeinsam mit der Zentrierhülse 52 exakt fluchtend auf der Querachse Q der Aufnahme-Halterung 20 liegt. Befestigt wird die Zentrierscheibe 50 mittels Schrauben 51, die in die Grundplatte 22 eingreifen.

Der in Fig. 5 gezeigte Adapter 70 besitzt eine flügeiförmige Ablageplatte 71, die mittels kreisförmig um die Mittelachse M des Adapters 70 angeordneter Schrauben 72 fest mit einer in Fig. 6 nur schematisch angedeuteten Konsole K einer Schweißzange verbunden ist. Auf der Vorderseite des im wesentlichen runden Mittelteils 74 der Ablageplatte 71 ist - ebenfalls zentrisch zur Mittelachse M - eine rechteckige Fixierplatte 78 befestigt, die sich in Richtung der an den Mittelteil 74 der Ablageplatte 71 anschließenden Flügel 75 erstreckt. Die Länge der Fixierplatte 78 entspricht der Länge der Klemmbacken 30 der Aufnahme-Halterung 20, wobei die Längsseiten 79 der Fixierplatte 78 entsprechend den Vorderseiten 34 der Klemmbacken 30 um den gleichen Winkel geneigt sind (siehe Fig. 7).

Beide Platten 71, 78 sind mittels Schrauben 81 fest miteinander verbunden und, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt, konzentrisch zur Mittelachse M von einer

Zentrierbuchse 80 durchsetzt. An letztere schließt sich innerhalb der Konsole K der Zange eine weitere Zentrierbuchse B an, die ebenfalls konzentrisch zur Mittelachse M verläuft und bevorzugt mit der Buchse 80 einstückig ist. Die Innendurchmesser der Zentrierbuchsen 80, B entsprechen dem Außendurchmesser der Zentrierhülse 52 der Zentrierscheibe 50, so daß letztere formschlüssig in die Adapter-Buchse 80 und deren Konsolen-Abschnitt B eingeführt werden kann. Seitlich neben der Zentrierbuchse 80 ist eine weitere Ausnehmung 88 zur Aufnahme des Paßstifts 62 vorhanden, die zusammen mit den Zentrierbuchsen 80, B exakt fluchtend auf der Querachse Q des Adapters liegt und sowohl die Fixierplatte 78 als auch die Ablageplatte 71 durchsetzt.

In den seitlichen Flügeln 75 der Ablageplatte 71 sind zwei weitere Paßbuchsen 84 eingelassen, die mit der Zentrierbuchse 80, der Ausnehmung 88 und der Mittelachse M fluchtend auf der Querachse Q des Adapters liegen. Sämtliche Buchsen 80, 84 sind mittels Sicherungsringen 86 in der Ablageplatte 71 befestigt. Ein die Platten 71, 78 senkrecht durchsetzender Zylinderstift 82 sorgt bei der Fertigung des Adapters 70 für eine zusätzliche Ausrichtung und Sicherung der Fixierplatte 78 auf der Ablageplatte 71 entlang der als Fluchtlinie dienenden Querachse Q.

Für die Montage der von dem Adapter 70 getragenen Schweißzange an dem Roboterarm öffnet man zunächst die Klemmbacken 30 der Spannvorrichtung 28 durch Drehen der Gewindestifte 44. Anschließend wird die Schweißzange mit der Ablageplatte 71 in die Aufnahme-Halterung 20 eingeführt, indem man die Zylinderhülse 52 der Zentrierscheibe 50 mit ihrem leicht verjüngten, die Klemmbacken 30 überragenden äußeren Ende 56 in die Zentrierbuchse 80 des Adapters 70 einsteckt. Dadurch wird die Schweißzange bzw. der Adapter 70 frühzeitig erfaßt und automatisch in Bezug auf die Mittelachse M der Aufnahme-Halterung 20 bzw. des Adapters 70 ausgerichtet. Die Mittelachse M bildet damit einen ersten Referenzpunkt für das Werkzeug in Bezug auf den Roboterarm.

Unmittelbar nachdem die Zentrierbuchse 80 die Zentrierhülse 52 erfaßt hat, gelangt der endseitig ebenfalls leicht verjüngt ausgebildete Paßstift 62 in die korrespondierende Ausnehmung 88. Da diese mit der Zentrierbuchse 80 fluchtend auf der Querachse Q liegt, wird das Werkzeug nunmehr zusätzlich in dieser (Referenz-)Richtung ausgerichtet. Neben der Zentrierung des Werkzeugs in Bezug auf den Referenzpunkt M erfolgt eine exakte Ausrichtung des

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Werkzeugs in Bezug auf die Querachse Q. Diese bildet damit eine Referenzlinie für die Ausrichtung des Werkzeugs. Während des gesamten Andockvorgangs wird das Werkzeug präzise von der Zentrierhülse 52 geführt.

Sobald die Fixierplatte 78 die Grundplatte 22 erreicht hat und flach darauf aufliegt, wird die Spannvorrichtung 28 über die Gewindestifte 44 geschlossen, so daß die Klemmbacken 30 beidseitig mit der Fixierplatte 78 in Eingriff gelangen. Nach dem Festziehen der Kontermuttern 49 ist die Schweißzange sowohl mittig zentriert als auch horizontal und vertikal exakt definiert ausgerichtet. Durch die symmetrische Arretierung der Spannvorrichtung 28 ist die Fixierplatte 78 und damit die Schweißzange mit dem Adapter 70 sicher und präzise in der Aufnahme-Halterung 20 gehalten. Die Schwalbenschwanzführung 34, 79 der Schließvorrichtung 28 sorgt während des gesamten Arbeitsvorgangs für einen zuverlässigen und dauerhaft sicheren Halt des Werkzeugs an dem Roboterarm. Bei Bedarf läßt sich die Spannvorrichtung 28 jederzeit wieder lösen, um das Werkzeug zu Wartungs- oder Reparaturzwecken rasch und problemlos entnehmen zu können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Paßstift 62 gleichzeitig als Codierstift verwendet werden. Er besitzt dann, ebenso wie die Ausnehmung 88, einen für ein bestimmtes Werkzeug typischen Durchmesser. Montagefehler werden dadurch sicher vermeiden. Da der Codierstift 62, wie in Fig. 1 gezeigt, auf der Querachse Q liegt, trägt auch dieser als Paßelement zur Ausrichtung des Werkzeugs am Roboterarm bei. Zum Auswechseln des Codier- bzw. Paßstifts 62 ist in der Grundplatte 22 eine Bohrung 63 vorgesehen. Durch diese läßt sich der Stift 62 aus der Grundplatte 22 ausstoßen. Er kann durch einen anderen ersetzt werden.

Um das Andocken des Werkzeugs zu erleichtern, kann die Ausnehmung 88 im Bereich der Fixierplatte 78 trichterförmig ausgebildet sein, so daß sich das leicht verjüngte Ende des Zentrierstifts 62 selbst bei unterschiedlichen Anfahrwinkeln des Roboterarms stets sicher in die Ausnehmung 88 einführen läßt. Einen noch größeren Bewegungsspielraum für das Werkzeug schafft man, wenn die Vorderseiten 34 der Klemmbacken 30 in Höhe der Zentrierhülse 52 mit Rundausnehmungen 64 versehen sind.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ergänzung einer Aufnahme-Halterung 20. Diese sieht vor, daß eine der Klemmbacken 30 an ihrer Rückseite 32 einen länglichen Stift

90 trägt, der in einer in den Schenkel 23 der Grundplatte 22 eingelassenen Führungsbuchse 92 längsverschieblich geführt ist. Die Länge des Stifts 90 ist derart bemessen, daß dessen bei Bedarf farbiges Ende 91 in Öffnungsstellung der Klemmbacke 30 aus der Buchse 92 und damit aus dem Schenkel 23 heraus ragt. Auf diese Weise wird der Ladezustandes der Aufnahme-Halterung 20 und damit die Öffnungsstellung der Spannvorrichtung 28 ohne großen Aufwand angezeigt. Bevorzugt ist für jede Klemmbacke 30 wenigstens ein Abfragestift 90 vorgesehen. Um die Buchse 92 in dem Schenkel 23 zu halten ist eine auf den Stift 90 aufgesetzte Druckfeder 94 vorgesehen.

Wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß das mit dem Adapter 70 verbundene (Schweiß)Werkzeug stets zu einer definierten Mitte (Referenzpunkt M) und zusätzlich zu einer definierten Referenzlinie (Fluchtlinie Q der Zentrierelemente 52, 80, B, 62, 88) hin ausgerichtet wird. Selbst wenn der die Aufnahme-Halterung 20 tragende Roboterarm mit grobem Winkelversatz an den Adapter 70 andockt, ist stets eine exakte Ausrichtung und Fixierung des vollständig montierten Werkzeugs gewährleistet. Die Wiederholgenauigkeit der Positionierung des Werkzeugs ist im Vergleich zu herkömmlichen Andocksystemen außerordentlich hoch. Korrekturen der Anfahrpunkte des Roboterarms am Werkstück sind nicht erforderlich.

Darüber hinaus kann man die Ablageplatte 71 des Adapters 70 als Ausgangsmeßpunkt für die Zangenvermessung auf einer (nicht dargestellten) Meßmaschine verwenden. Die Mittelachse M dient hierbei als Referenzpunkt (Nullpunkt), während die Referenzlinie Q eine Null-Linie definiert. Die weiter außen liegenden Paßbuchsen 84 des Adapters 70 dienen dabei als zusätzliche Ausrichtungshilfen, was die Präzision und Wiederholgenauigkeit der Werkzeugvermessung oder -bearbeitung erheblich verbessert.

Eine andere wichtige Ausführungsform der Werkzeugwechselvorrichtung 10 ist in den Fig. 8 bis 12 dargestellt. Die Aufnahme-Halterung 20 besitzt den anhand der Fig. 1 bis 3 bzw. 4 geschilderten Aufbau mit manuell betätigbarer Spannvorrichtung 28 und einer zentrisch in die Grundplatte 22 eingesetzten Zentrierscheibe 50 mit Zentrierhülse 52, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauelemente stehen.

Der Adapter 70 hat, wie Fig. 11 zeigt, eine im wesentlichen rechteckige Ablageplatte 71, die mittels Schrauben 72 an der (hier ebenfalls nicht gezeigten)

Schweißzange befestigt wird. An ihrem rechteckigen Mittelteil 74 weist die Adapterplatte 70 seitliche Vorsprünge 76 auf. Deren Länge entspricht der Länge der Klemmbacken 30, wobei die Längsseiten 79 der Vorsprünge 76 entsprechend den Vorderseiten 34 der Klemmbacken 30 um den gleichen Winkel geneigt sind (Fig. 11). Eine separate Fixierplatte 78 ist hier nicht erforderlich, da diese bereits in der Ablageplatte 71 integriert ist.

Für die Ausrichtung der Ablageplatte 70 in Bezug auf die Mittelachse M (Referenzpunkt) ist eine Zentrierbuchse 80 vorgesehen, die formschlüssig auf die Zentrierhülse 52 der Zentrierscheibe 50 in der Aufnahme-Halterung 20 aufsteckbar ist. Wie man in Fig. 10 erkennt, setzt sich die Zentrierbuchse 80 bis in die Konsole K des Werkzeugs fort, so daß die Ausrichtung zur Mittelachse M stets auch unmittelbar auf das Werkzeug selbst übertragen wird. Seitlich neben der Zentrierbuchse 80 befindet sich die Ausnehmung 88 zur Aufnahme des Paß- bzw. Codierstifts 62. Diese liegt gemeinsam mit der Buchse 80 auf der Querachse Q des Adapters 70, so daß beim Andocken des Werkzeugs gleichzeitig die Ausrichtung entlang dieser Linie erfolgt.

An den äußeren Enden der Adapterplatte 71 sind Bohrungen 87 vorgesehen, die eine Befestigung des Adapters 70 an einem Schweiß-Transformator ermöglicht. Zu diesem Zweck sind die Schrauben 72 zur Befestigung der Schweißzange an seitlichen Lasche 89 angeordnet.

Die Zentrierelemente 52, 80, B und die Paßelemente 62, 88 bilden zusammen mit der Spannvorrichtung 28 als Fixierelement eine Zentriereinrichtung. Durch diese wird das Werkzeug beim Ansetzen des Roboterarms bzw. der Aufnahme-Halterung 20 stets exakt zentriert und ausgerichtet und gleichzeitig in dieser Ausrichtung fixiert, wobei über Zentrierhülse und -buchse 52, 80 ein Kraftschluß direkt von der Roboterhand in das Werkzeug übertragen wird. Man erreicht eine für ein manuelles Wechselsystem außerordentliche hohe Wiederholgenauigkeit. Durch die symmetrische Anordnung der Spannvorrichtung 28 und die auf einer Achse D liegenden Kraftübertragungsmittel (Gewindestifte 44) der Spannelemente ist eine gleichmäßige und optimale Kraftübertragung von den Klemmbacken 30 auf die Fixierplatte 78 bzw. die Ablageplatte 71 gewährleistet. Scherkräfte oder Klemmkräfte können gar nicht erst auftreten, so daß das Werkzeug auch jederzeit mühelos wieder aus der Halterung gelöst werden kann. Durch geeignete Wahl der Werkstoffe hält die Wechselvorrichtung 10 zudem einer außerordentlichen hohen Belastung stand. Beispielsweise

kann die Tragkraft der Werkzeugwechselvorrichtung 10 problemlos bis zu 200 kg/5 G betragen.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So ist es für die erfindungsgemäße Funktion der Werkzeugwechselvorrichtung 10 unerheblich, ob das Werkzeug an den Roboterarm herangeführt wird oder der Roboterarm sich dem Werkzeug nähert. Die Ausrichtung erfolgt stets in Bezug auf die definierten Referenzpunkte M bzw. -linien Q. In weiteren Ausführungsformen können die Klemmbacken 30 der Spannvorrichtung 28 auch auf andere Art und Weise auf der Grundplatte 22 längsverschieblich gelagert sein, beispielsweise mittels Führungsschienen. Ferner kann man anstelle einer linearen Spannvorrichtung 28 eine radiale Spanneinrichtung mit radial verstellbaren Klemmbacken verwenden. Die Grundplatte 22 der Aufnahme-Halterung 20 kann anstelle einer runden eine eckige Form aufweisen. Ebenso wie die Fixierplatte 78 mit der Ablageplatte 71 einstückig sein kann, besteht die Möglichkeit, die Ablageplatte 71 vollständig in das Werkzeug zu integrieren, so daß der Adapter unmittelbar mit dem Werkzeug verbunden ist. Die Zentnerscheibe 50 kann auch einstückig mit der Grundplatte 22 sein.

Eine noch andere Ausführungsform einer Werkzeugwechselvorrichtung 10 kann vorsehen, daß die Versorgungsanschlüsse für das Werkzeug, z.B. Stromanschlüsse, (Kühl-)Wasseranschlüsse o.dgl. in die Aufnahme-Halterung 20 und/oder den Adapter 70 integriert sind. So wird man beispielsweise eine geeignete Kupplung, Steckverbindung o.dgl. in der Zentrierhülse 52 bzw. der Zentrierbuchse 80 vorsehen können.

Man erkennt, daß eine Werkzeugwechselvorrichtung 10 zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs an einem Roboterarm mit einer an dem Roboterarm festlegbaren Aufnahme-Halterung 20 sowie einem darin einsetzbaren und fixierbaren, mit dem Werkzeug fest verbindbaren Adapter 70, das Werkzeug beim Ankoppeln an den Roboterarm oder umgekehrt mittels Paß- und Führungselementen 52, 80, B, 62, 88, 28 bezüglich wenigstens eines Referenzpunktes M und wenigstens einer Referenzlinie Q ausrichtet und in dieser Ausrichtung mittels einer manuell betätigbaren Spannvorrichtung parallel zur Referenzlinie Q einspannt fixiert. Der Referenzpunkt M liegt jeweils in der Mittelachse der Aufnahme-Halterung 20 und des Adapters 70, während die

Referenzlinie jeweils in der Querachse Q der Aufnahme-Halterung 20 und des Adapters 70 liegt.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

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Bezugszeichenliste

	B	Buchse	62	71	Absatz
	D		63	72	Paß-/Codierstift
	K	Dreh- bzw. Verstellachse	64	74	Bohrung
	M	Konsole		75	Rundausnehmungen
	Q		Bohrung (Sicherungsstift) 70	76
	V	Referenzpunkt/Mittelachse	Schraube	78	Adapter
10	Referenzlinie/Querachse	Spannvorrichtung	79	Ablageplatte
20	Verstellrichtung	Klemmbacke	80	Schraube
22	Werkzeugwechselvorrichtung 58	Schmalseite	81	Mittelteil
23	Aufnahme-Halterung	Rückseite	82	Flügel
24	Grundplatte	Sackbohrung	84	Vorsprung
25	Schenkel	Vorderseite	86	Fixierplatte
26	Abflachung	Bohrung	87	Längsseite
28	Führungsplatte	88	Zentrierbuchse
30	Haltekante	89	Schraube
31	Schraube		Zylinderstift
32	Gewindestift	90	Paßbuchse
33	Sechskant-Loch	91	Sicherungsring
34	Rundzapfen	92	Ausnehmung/Bohrung
35	Umfangsnut	94	Ausnehmung (Paßstift)
38	Sicherungsstift		Lasche
40	Kontermutter
41	Zentrierscheibe		Abfragestift
44	Schraube	farbiges Ende
45	Zentrierstift/-hülse	Führungsbuchse
46	Durchgangsbohrung	Druckfeder
47	Hülsenende
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Claims (20)

Schutzansprüche

1. Werkzeugwechselvorrichtung (10) zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugs an einem Roboterarm mit einer an dem Roboterarm festlegbaren Aufnahme-Halterung (20) sowie einem darin einsetzbaren und fixierbaren, mit dem Werkzeug fest verbindbaren Adapter (70), dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-Halterung (20) mit dem Roboterarm und der Adapter (70) mit dem Werkzeug beim Ankoppeln des Roboterarms an das Werkzeug bezüglich wenigstens eines Referenzpunktes (M) und wenigstens einer Referenzlinie (Q) zueinander ausrichtbar und in dieser Ausrichtung aneinander fixierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung der Aufnahme-Halterung (20) und des Adapters (70) dem Referenzpunkt (M) und/oder der Referenzlinie (Q) zugeordnete Paß- und/oder Fixierelemente (52, 80, B, 62, 88, 28) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt (M) jeweils in der Mittelachse der Aufnahme-Halterung (20) und des Adapters (70) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzlinie jeweils in der Querachse (Q) der Aufnahme-Halterung (20) und des Adapters (70) liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-Halterung (20) und der Adapter (70) symmetrisch zur Referenzlinie. (Q) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-Halterung (20) einen konzentrisch zur Mittelachse (M) ausgerichteten Zentrierstift (52) und der Adapter (70) eine konzentrisch zur Mittelachse (M) ausgerichtete Zentrierbuchse (80) zur formschlüssigen Aufnahme des Zentrierstifts (52) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierstift (52) als Hülse ausgebildet und mit einer Durchgangsbohrung (54) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierhülse (52) Teil einer Zentrierscheibe (50) ist, die konzentrisch zur Mittelachse (M) in die Aufnahme-Halterung (20) einsetzbar und an dieser festlegbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierhulse (52) endseitig verjüngt ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheibe (50) auf ihrer der Zentrierhülse (52) abgewandten und dem Roboterarm zugewandten Seite einen konzentrisch zur Mittelachse (M) ausgerichteten Absatz (58) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierbuchse (80) mit einem Abschnitt (B) in dem Werkzeug sitzt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-Halterung (20) wenigstens einen Paßstift (62), Nocken o.dgl. und der Adapter (20) korrespondierende Ausnehmungen (88), Bohrungen, Buchsen o.dgl. aufweist, die jeweils gemeinsam mit dem Zentrierstift (52) und der Zentrierbuchse (80) fluchtend auf der Referenzlinie (Q) liegen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-Halterung (20) eine manuell betätigbare Spannvorrichtung (28) aufweist, die den Adapter (70) parallel zur Querachse einspannt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (28) den Adapter (70) linear zweiseitig einspannt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (28) den Adapter (70) radial mehrseitig einspannt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (70) mit einer in der Spannvorrichtung (28) festlegbaren Fixierplatte (78) versehen ist, wobei die Fixierplatte (78) symmetrisch zum Referenzpunkt (M) und/oder zur Referenzlinie (Q) ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierplatte (78) und/oder der Adapter (70) in dem Werkzeug integriert und/oder mit diesem einstückig ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Paßstift (62) ein Codierstift ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet, durch Mittel (90, 91, 92) zur Anzeige des Ladezustandes der Spannvorrichtung (28) bzw. der Aufnahme-Halterung (20).

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Bauteile korrosionsgeschützt sind, beispielsweise durch Beschichten.