DE3620151A1 - Verfahren und robotereinrichtung zum biegen von stangenfoermigen materialien oder werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Roboterein­ richtung zum Biegen von stangenförmigen Materialien oder Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Er­ findung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, für An­ wendungen vorgesehen, bei denen das stangenförmige Material oder stangenförmige Werkstück mit einer Vielzahl von Biegun­ gen oder Krümmungen versehen werden soll. Besondere Bedeu­ tung kommt der Erfindung zu, wenn Biegungen oder Krümmungen in mehr als einer Ebene auszuführen sind und wenn solche Biegungen an stangenförmigen Materialien auszuführen sind, deren Längen oder Durchmesser unterschiedlich sind. Eine solche Notwendigkeit kann beispielsweise bestehen bei der Herstellung von Bremsleitungen für Kraftfahrzeuge, bei Rohr­ leitungen für Güter der weißen Industrie und bei engeren Wasserversorgungsrohren für Fertigbauhäuser.

Bisher ist es schwierig gewesen, solche Rohre größeren und kleineren Durchmessers sowie stangenförmigen Materialien, die gemäß einem vorbestimmten Muster gebogen oder gekrümmt werden sollen in einer schnellen, einfachen Weise und mit geringen Kosten herzustellen, insbesondere, wenn mehrere Biegungen in unterschiedlichen Ebenen auszuführen sind. So­ weit ersichtlich, wurde kein voll befriedigender Versuch ge­ macht, einen solchen Biegeprozeß von stangenförmigen Mate­ rialien zu automatisieren, und im großen und ganzen ist es heute noch allgemeine Praxis, solche Biegungen von Hand aus­ zuführen.

Bei den manuellen Biegeverfahren ist es bekannt, Schablonen, Muster usw. als Duplikate und Hilfskontrollmittel zu verwen­ den, wobei diese Schablonen und dergleichen Geräte die Posi­ tionen der einzelnen Biegungen, die Biegewinkel und eventu­ ell auch die Krümmungsradien der Biegestellen angeben. Es ist leicht vorstellbar, daß mit Hilfe von Spezialmaschinen das Biegen der stangenförmigen Materialien oder Werkstücke zumindest teilweise automatisiert werden könnte, voraus­ gesetzt, daß jedes Werkstück nur in einer Ebene oder mögli­ cherweise in zwei Ebenen zu biegen ist und nur eine kleine Anzahl von Biegungen vorzunehmen ist.

Solche Spezialmaschinen würden jedoch sehr teuer sein und würden erfordern, daß sie für sehr große Serien oder große Stückzahlen verwendet werden können, um wirtschaftlich le­ bensfähig zu sein.

Ein Problem, das bei der Verwendung von Schablonen und ähn­ lichen Geräten zur manuellen Herstellung und auch bei den vorgenannten Spezialmaschinen auftritt, besteht darin, daß sie nicht besonders nützlich sind, wenn man die Lage, die Anzahl und die Winkel der Biegungen ändern will. Entweder müssen vorhandene Schablonen und Spezialmaschinen grundle­ gend geändert werden, oder es müssen neue gefertigt werden. Dieses Problem kommt besonders zum Tragen, wenn es erforder­ lich ist, die Produktion von gebogenen oder gekrümmten stan­ genförmigen Material oft und/oder schnell umzustellen.

Eine besondere Erscheinung bei der Fertigung von stangenför­ migen Materialien, welches an einer Vielzahl von Stellen ge­ bogen oder gekrümmt werden müssen, insbesondere, wenn die Biegungen in verschiedenen Ebenen vorzunehmen sind, besteht darin, daß die zwischen den Enden eines Werkstücks ausge­ führten Lageänderungen sich für jede einzelne Biegung einan­ der in allen drei Raumkoordinaten überlagern. Abweichungen von den gewünschten Biegungen, die bei jeder einzelnen Biegung auftreten können, überlagern sich ebenfalls gegenseitig in allen drei Raumkoordinaten. Wenn hohe Anforderungen an die gegenseitige relative Lage der Enden des Werkstücks (Abstand und Winkellage) gestellt werden, dann steigen die Anforderungen an jede einzelne Biegung mit jeder hinzukom­ menden Biegung, und die Toleranzen für die einzelne Biegung sinken im Prinzip mit der Anzahl der Biegungen. Dies schafft besondere Probleme bei der manuellen Ausführung der hier be­ handelten Biegearbeit und bei der Herstellung von Spezialma­ schinen für ein gegebenes Biegemuster der vorgenannten Art.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Robotereinrichtung zum Biegen von stangenförmigen Mate­ rialien oder Werkstücken zu entwickeln, bei denen ein Teil der oben aufgeführten Probleme beseitigt sind und eine ra­ tionelle Herstellung von gekrümmten oder gebogenen stangen­ förmigen Materialien möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungs­ gemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen 2 bis 6 genannt.

Eine Robotereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 7 genannten Merkmale gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Robotereinrichtung gemäß der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen 8 bis 11 ge­ nannt.

Das Verfahren und die Robotereinrichtung gemäß der Erfindung können beispielsweise verwendet werden zur Herstellung von Bremsleitungen für Kraftfahrzeuge und zur Herstellung von Rohren und Leitungen für Güter der weißen Industrie. Durch die Erfindung ist es möglich, das Biegen solcher Materialien in einer einfachen, schnellen und wenig aufwendigen Weise durchzuführen, die zugleich in großem Maße flexibel ist.

Das Verfahren und die Robotereinrichtung gemäß der Erfindung sind besonders vorteilhaft, wenn Biegungen an mehreren Stel­ len und in zwei oder mehr Ebenen durchgeführt werden müssen. Das Verfahren und die Robotereinrichtung nach der Erfindung kann ebenfalls mit großem Erfolg dort eingesetzt werden, wo die Möglichkeit zu einem schnellen, einfachen und billigen Wechsel der Anzahl und/oder der Lage und/oder der Winkel der Biegungen an stangenförmigen Material gefordert wird.

In einem extremen Fall ist es auch möglich, die vorgenannten Biegungsparameter schnell von einem Werkstück zu einem ande­ ren bei der Fließbandherstellung zu ändern, beispielsweise in der Weise, daß zuerst alle Bremsleitungen eines Fahrzeugs hergestellt werden und dann alle Bremsleitungen für das nächste Fahrzeug auf dem Fließband hergestellt werden usw. Die Erfindung ermöglicht auch besondere Anpassungen an einen Wechsel von Materialparametern, wie beispielsweise Abmessun­ gen, Verformungen und Elastizität.

Ein Verfahren und eine Robotereinrichtung gemäß der Erfin­ dung bieten auch den Vorteil, daß der Industrieroboter, wel­ cher das stangenförmige Material, die Biegevorrichtung und die Haltevorrichtung relativ zueinander positioniert, und das Steuersystem des Industrieroboters, welches zur Steue­ rung der Biegevorrichtung und der Haltevorrichtung verwendet wird, auch für andere Materialhandhabungsvorgänge in Verbin­ dung mit der Biegeoperation verwendet werden können. Das be­ deutet, daß die Industrieroboter, die bei dem Verfahren und in der Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden, nicht nur das manuelle Biegen beziehungsweise Spezialmaschi­ nen ersetzen, sondern auch die manuelle Handhabung des Mate­ rials oder der Werkstücke sowie dafür vorgesehene Transport­ einrichtungen überflüssig machen.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal des Verfahrens und der Robotereinrichtung gemäß der Erfindung besteht in der Ver­ wendung einer steuerbaren Biegevorrichtung, die speziell für diesen Zweck erfunden wurde. Diese Biegevorrichtung ist so konstruiert, daß sie zum Beispiel solche Kräfte gegeneinan­ der aufhebt, die während des Biegens als Folge der Verfor­ mung des stangenförmigen Materials relativ zu der Werkzeug­ befestigungsvorrichtung des Roboters auftreten. Folglich üben diese Kräfte beim Biegen kein nennenswertes Drehmoment und keine nennenswerte resultierende Kraft auf die Werkzeug­ befestigungsvorrichtung als ganzes betrachtet aus. Durch das speziell konstruierte Biegewerkzeug wird somit erreicht, daß die Beanspruchungen, denen der Roboter während der Biegeope­ ration unterworfen ist, gering sind, was die Arbeitsweise des Roboters verbessert und/oder den Einsatz eines kleineren beziehungsweise leichteren Roboters erlaubt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Transport- und Biegevorgangs von Rohren mit Hilfe, unter anderem, von zwei Robotern und einem Spannfutter,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Biegevorrichtung, die an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung eines Roboters angeordnet ist, mit einem auswechselbaren Teil der Vorrichtung, welches in einem Abstand von dem rest­ lichen Teil der Vorrichtung dargestellt ist,

Fig. 3 das auswechselbare Teil der Biegevorrichtung mit Ge­ häuse, Welle, Arm und Schrauben von unten gesehen,

Fig. 4 eine vereinfachte Schnittdarstellung des auswechsel­ baren Teils der Biegevorrichtung längs der Linie IV- IV in Fig. 2,

Fig. 5A bis 5D eine Robotereinrichtung gemäß der Erfindung mit nur einem Industrieroboter,

Fig. 6 eine Ansicht von oben teilweise im Schnitt einer an­ deren Ausführungsform einer Biegevorrichtung,

Fig. 7 einen Schnitt durch die Biegevorrichtung längs der Linie VII-VII in Fig. 6.

In Fig. 1 werden Rohre 1 mittels einer bekannten Fördervor­ richtung 2, 3 von einer nicht dargestellten Fertigungs­ straße, in der Zuschneiden, Richten, Entgraten, Abfasen der Enden und Nippeln stattfinden, zu einer Anzahl Robotern zum Rohrbiegen geführt. Eine Handhabungsvorrichtung 4, 5, 6 emp­ fängt die herangeführten Rohre und gibt die Rohre entweder direkt an eine steuerbare Halte- oder Greifvorrichtung in Gestalt eines Spannfutters 7 oder an zwei Roboter 8, 9, wel­ che sie dann an die Greifvorrichtung geben. Wie gezeigt, ge­ hört zu der Handhabungsvorrichtung eine Drehvorrichtung in Gestalt einer Achse 4 und einer Anzahl von Armen 5, die an der Achse 4 befestigt sind und von denen jeder einen Rohr­ halter 6 trägt. Die Handhabungsvorrichtung ist zumindest weitgehend bekannter Art. Das Spannfutter 7 kann durch Steu­ ersignale von einem gemeinsamen Roboterzentralsystem veran­ laßt werden, ein Rohr fest an einer von den Rohrenden ent­ fernt liegenden Stelle zu halten und - während des Halten des Rohres - dieses um eine Achse zu drehen, die durch das Spannfutter und im wesentlichen rechtwinklig zur Förderrich­ tung der Fördervorrichtung verläuft. Das Spannfutter ist da­ her an einer Stelle gegenüber dem zentralen Teil der Förder­ vorrichtung angeordnet. Die herangeführten Rohre werden in das Spannfutter entweder durch die Handhabungsvorrichtung oder durch die beiden Roboter eingelegt. Wenn das Biegen der Rohre beendet ist, werden die gebogenen Rohre aus dem Spann­ futter entnommen und in ein Ausgangsmagazin 10, vorzugsweise ein Regal oder ein Ständer, gelegt zur Aufbewahrung und/oder zur Weiterbeförderung gebogener Rohre mit Hilfe der Roboter.

Zum Biegen der Rohre und wahlweise auch zum Greifen der Rohre während des Transports zu und von dem Spannfutter ist jeder Roboter mit einer steuerbaren Biegevorrichtung 11, 12 versehen, mit der die in der Haltevorrichtung gehaltenen Rohre gebogen werden können. Eine Ausführungsform einer steuerbaren Biegevorrichtung zeigen die Fig. 2 bis 4, wo­ bei gewisse Bauteile, die für das Verständnis der Erfindung von geringerer Bedeutung sind, wie z. B. Lager, Dichtungs­ scheiben usw., in den Figuren, insbesondere der Fig. 4, weggelassen sind. Wie Fig. 2 zeigt, gehört zu der Biegevor­ richtung ein stationäres Teil, welches in der Werkzeugbefe­ stigungsvorrichtung am Handgelenk des betreffenden Roboters befestigt ist, zum Beispiel mittels einer Schraubverbindung an einem Flansch 13, und eine Mehrzahl wählbarer auswechsel­ barer Teile. Das stationäre oder feste Teil enthält einen Motor 14, vorzugsweise einen Gleichstrommotor mit einer Nenndrehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute, der beispiels­ weise ein Schneckengetriebe treibt, welches vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1 : 150 hat. Zu beiden Seiten der Ausgangswelle 15 des Schneckengetriebes ist eine Befe­ stigungsvorrichtung in Form von zwei Klauen 16, 17 und einem Zentrierstift 18 für die Befestigung eines ausgewählten aus­ wechselbaren Teils vorhanden.

Jedes auswechselbare Teil hat ein Gehäuse 19, welches mit einer Bohrung 20 und zwei Vertiefungen 21, 22 für das Zusam­ menwirken mit der Befestigungsvorrichtung 18, 17, 16, 17 versehen ist, so daß das austauschbare Teil von dem festen Teil gehalten werden kann. Zentral im Gehäuse ist eine dreh­ bare Welle 23 angeordnet, deren zum stationären Teil gerich­ tetes Ende mit einer ein Drehmoment übertragenden Kupplungs­ vorrichtung versehen ist zum Anschluß der Ausgangswelle an das Schneckengetriebe. Die Kupplungsvorrichtung kann, wie in Fig. 2 angedeutet, als Keilnutkupplung ausgebildet sein, oder die Welle 23 kann alternativ ein sechseckiges Innenloch haben, das einem als Sechseckzapfen ausgebildeten Ende der Ausgangswelle angepaßt ist. Der Motor und das Schneckenge­ triebe arbeiten hierbei als Vorrichtung zur Drehung der Welle 23 im Gehäuse 19, während ein am Motor befestigter Drehwinkelanzeiger 24 als Vorrichtung zur Bestimmung der Winkelstellung der Welle 23 im Gehäuse dient. Der Winkelan­ zeiger ist verbunden mit dem Steuersystem von Robotern zur Steuerung der Biegung des Werkstücks mit Hilfe dieses Steu­ ersystems.

Die Welle 23 trägt einen Arm 27, der in Fig. 2 durch ge­ strichelte und in Fig. 4 durch volle Linien dargestellt ist, sowie eine drehbare erste Scheibe 25. Eine zweite Scheibe 26 ist drehbar auf einer weiteren Welle 36 angeord­ net. Die zweite Scheibe kann durch den Arm relativ zur er­ sten Scheibe bewegt werden, und zwar längs einer Nut oder Führungsspur 35 im Gehäuse. Zu diesem Zweck ist der Arm 27 an seinem freien Ende mit einem zweiarmigen gabelförmigen Abschnitt versehen, welcher die Welle 36 umgreift. Jede Scheibe hat eine entsprechende doppeltgekrümmte Oberfläche 29, 30, die als um den Umfang der Scheibe umlaufende Nut 28 ausgebildet ist, die kreisförmig ist und einen im wesentli­ chen halbkreisförmigen Querschnitt hat. Der gegenseitige Ab­ stand und der Krümmungsradius der doppeltgekrümmten Oberflä­ chen sind den zu biegenden Rohren derart angepaßt, daß

• a) in einer ersten Stellung der beiden doppelgekrümmten Flächen zueinander ein Rohr frei zwischen diese Flächen eingeschoben werden kann, wie dies Fig. 3 zeigt, und
• b) ein Rohr zwi­ schen diesen Flächen gehalten und gebogen werden kann, wenn diese Flächen im Uhrzeigersinn zumindest um einen gegebenen kleinsten Winkel gegeneinander gedreht werden, ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten ersten Position.

Natürlich ist das Vorgesagte nicht allein erreichbar durch Wahl eines geeigneten Scheibendurchmessers, sondern es ist auch eine geeignete Form der Nut 35 im Gehäuse erforderlich. Aus diesem Grunde hat die Nut einen Abschnitt 31, der im we­ sentlichen die Form eines Kreisbogenabschnittes hat, und einen im wesentlichen geraden Abschnitt 32. Zumindest der Durchmesser der zweiten Scheibe 26 wird auch mit Rücksicht auf den bei der Biegung gewünschten Krümmungsradius gewählt. Daher werden beim der Herstellung von Biegungen mit unter­ schiedlichen Krümmungsradien vorzugsweise unterschiedliche austauschbare Teile mit unterschiedlichen Scheibendurchmes­ sern verwendet.

An der Unterseite des Gehäuses des auswechselbaren Teils ist eine Anschlagschulter 37 vorhanden, die vorzugsweise mit ei­ ner einfachgekrümmten oder doppeltgekrümmten Oberfläche ver­ sehen ist, die zum Beispiel die Form einer Nut 18 mit halb­ kreisförmigem Querschnitt haben kann wie die vorgenannten Scheiben. Die Anschlagschulter wirkt als eine Form von Ab­ stützfläche oder Amboßfläche beim Biegen der Rohre. Bei ei­ ner solchen Biegevorrichtung wird kein nennenswertes Drehmo­ ment während des Biegevorganges auf die Werkzeugbefesti­ gungsvorrichtung des Roboters übertragen. Die Kräfte, die an den Kontaktflächen zwischen der Biegevorrichtung und dem Ma­ terial als Folge der Verformung des stangenförmigen Materi­ als auftreten, wirken sich als Drehmoment aus, welches der Drehung der Welle 15 entgegenwirkt, sowie als radiale Quer­ kräfte auf die Scheiben.

Hinsichtlich der Werkzeugbefestigungsvorrichtung des Robo­ ters stehen die vorgenannten Drehmomentenkräfte und radialen Querkräfte im Gleichgewicht, so daß die infolge der genann­ ten Verformung auftretenden Kräfte keine nennenswerte resul­ tierende Kraft ergeben, die auf die Werkzeugbefestigungsvor­ richtung als ganzes gesehen wirkt. Die Werkzeugbefestigungs­ vorrichtung des Roboters ist daher im Prinzip allein durch das Gewicht der Biegevorrichtung und des Werkstücks bela­ stet. Dies ist ein bedeutender Vorteil, da zumindest bei kleineren Roboterkonstruktionen die Werkzeugbefestigungsvor­ richtung nicht im Stande ist, große Drehmomente und Quer­ kräfte aufzunehmen und gleichzeitig noch mit hoher Genauig­ keit zu arbeiten.

Wie man unmittelbar aus Fig. 1 ersehen kann, ist es durch die Befestigung der Biegevorrichtung an der Werkzeugbefesti­ gungsvorrichtung entsprechender Roboter möglich, die Biege­ vorrichtung in bezug auf die Halte- und Spannvorrichtung und das Rohr mit Hilfe des Roboters zu positionieren. Dank der beschriebenen Konstruktion der Biegevorrichtungen sind diese Vorrichtungen in der Lage, ihre Biegefunktion "praktisch um­ sonst" auszuüben, ohne daß hierfür spezielle Abänderungen erforderlich wären, und sie sind zugleich im Stande, die Rohre zum Zwecke ihres Transports mit Hilfe der Roboter in einer Weise zu tragen, bei der während dieses Transportes keine bleibenden Verformungen auftreten. Die Roboter sind somit ohne die Notwendigkeit eines Werkzeugwechsels nicht nur in der Lage, die Biegevorrichtungen in bezug auf die Haltevorrichtung zu positionieren, sondern, falls erwünscht, können sie auch zur Positionierung der Rohre in bezug auf die Haltevorrichtung verwendet werden, und zwar vor, während und nach dem Biegevorgang. Die letztgenannte Positionierung kann zum Beispiel die Drehung um die zentrale Achse des Roh­ res betreffen und/oder eine Verschiebung des Rohres in axi­ aler Richtung relativ zur Haltevorrichtung. Der Begriff "Positionierung" umfaßt in diesem Zusammenhang also sowohl die Schwerpunktslage als auch Winkellage im Raum.

Wenn in Verbindung mit zwei Robotern, die mit Biegevorrich­ tungen gemäß der Erfindung ausgerüstet sind, ein Spannfutter verwendet wird, welche das eingespannte Rohr um eine vor­ zugsweise horizontale Achse zu drehen vermag, so können alle von den entsprechenden Robotern ausgeführten Biegeoperatio­ nen in einer vorzugsweise horizontalen Ebene ausgeführt wer­ den, was sowohl die Arbeit als auch die Führung der Roboter vereinfacht. Wenn das Rohr mit einer Vielzahl von Biegungen versehen werden soll, die untereinander in unterschiedlichen Ebenen liegen, zum Beispiel wenn das gebogene Rohr Ab­ schnitte enthalten soll, die sich in unterschiedlichen Rich­ tungen erstrecken, die nicht alle in derselben Ebene liegen, so wird das Rohr zwischen den entsprechenden Biegeoperatio­ nen mit Hilfe des Spannfutters gedreht. Wenn zumindest der eine Roboter verschiedene Biegeoperationen an dem Rohrab­ schnitt ausführen soll, der sich von dem Spannfutter zu dem Roboter hin erstreckt, so werden die Biegungen vorzugsweise in einer ihrem Abstand vom Ende des Rohres entsprechenden Folge durchgeführt, wobei die äußerste Biegung vorzugsweise zuerst gemacht wird und die am dichtesten am Spannfutter liegende innerste Biegung durch den entsprechenden Roboter zuletzt gemacht wird.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die beiden Roboter an einem Gestell mit Beinen 33 schräg über dem Spannfutter fest angeordnet. In bestimmten Fällen kann es jedoch bevorzugt werden, die Roboter so aufzuhängen, daß sie in an sich bekannter Weise vorwärts und rückwärts in einer bestimmten Richtung verschoben werden können, die vorzugs­ weise parallel zur Längsrichtung des geraden Rohres ver­ läuft, wenn dieses vor seiner Biegung in dem Spannfutter ge­ halten wird. Hierdurch ist es möglich, daß die Roboter, falls gewünscht, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch verschoben werden können, zum Beispiel zwischen nacheinander vorzunehmenden Biegungen und/oder zum Auswechseln des aus­ wechselbaren Teils der Biegevorrichtung gegen ein anderes auswechselbares Teil, welche Teile zum Beispiel auf einem Tisch 34 bereitliegen. Wenn zum Beispiel ein ASEA-Roboter von Typ IRB-S2 verwendet wird, kann zum Beispiel die servo­ getriebene Tragvorrichtung IRBI 06S der Firma ASEA AB ver­ wendet werden, um einen der Roboter in der Weise zu ver­ schieben, wie dies in der ASEA-Druckschrift Nr. CK 09-1310E, "SERVO-CONTROLLED TRACK MOTION FOR IRB6", September 1984, beschrieben wird.

Wenn verhältnismäßig lange Rohre gebogen werden sollen, die in ihrer fertig gebogenen Form einen vergleichweise langen geraden mittleren Abschnitt haben, kann es vorteilhaft sein, eine zweite Halte- und Greifvorrichtung 39 zu verwenden. In diesem Falle wird ein weiteres Spannfutter verwendet, vor­ zugsweise in einer geringeren Entfernung von dem ersten Spannfutter 7 als in Fig. 1 dargestellt, wobei diese Ent­ fernung nicht größer ist, als die Länge des zentralen gera­ den Abschnittes des fertiggebogenen Rohres. Die beiden Spannfutter werden vorzugsweise im Gleichtakt gesteuert, so daß sie beide das Rohr gleichzeitig ergreifen; und wenn die Spannfutter drehbar sind, werden sie gleichzeitig zur Dre­ hung des Rohres herangezogen.

Diese koordinierte Steuerung der beiden Roboter mit dem Spannfutter und der Handhabungsvorrichtung sowie eventuell mit der Heranführgeschwindigkeit der Fördervorrichtung kön­ nen natürlich mit Hilfe einer zentralen nicht dargestellten Einrichtung ausgeführt werden, die zumindest einen Datenpro­ zessor und eine Anzahl von Servomotoren und Positions- und Winkelmeßglieder an den Robotern und den steuerbaren Spann­ futtern und Biegevorrichtungen enthält. Diese Steuereinrich­ tungen sind vorzugsweise aus bekannten Roboter- und System­ komponenten aufgebaut, die keine detaillierte Beschreibung erfordern, da der einschlägige Fachmann, der die vorliegende Vorrichtung und die Roboter sowie die bekannten Steuersy­ steme der Firma ASEA AB kennt, im Stande ist, die vorgenann­ ten Steuereinrichtungen ohne erfinderische Leistung aufzu­ bauen. Der Vollständigkeit halber sowie um denjenigen Lesern zu helfen, die nicht speziell in der vorliegenden Technik zuhause sind, wird auf die folgenden Druckschriften verwie­ sen, die sich mit Industrierobotersystemen der Firma ASEA AB befassen: IRB E6/2, Nr. CK 09-1110E, Januar 1985; IRB 6/2 und IRB L6/2, Nr. CK 09-2202E, Januar 1985; IRB 60/2, Nr. CK 09-1102, November 1983; IRB 90/2, Nr. CK 09-1103; Januar 1985; und IRB 100B, Nr. CK 09-1109E, Januar 1985.

Obwohl die Spannfutter nicht von einer dem gewöhnlichen Fachmann sehr vertrauten Art sind, erfordert ihre Konstruk­ tion keine erfinderische Leistung für den einschlägigen Fachmann bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist es im Prinzip möglich, zumindest dann, wenn keine Dreh­ bewegung verlangt wird, die genannten Spannfutter durch Hal­ tevorrichtungen zu ersetzen, die im Prinzip bekannt sind, beispielsweise eine Haltevorrichtung IRBG 6004 für den ASEA- Roboter IRB 60 entsprechend der Druckschrift CG 13-4018, Au­ gust 1983. Wenn eine Drehbewegung verlangt wird, kann eine solche Haltevorrichtung in einen Industrieroboter einge­ spannt und von diesem gedreht werden. Aus diesem Grunde ist es nicht notwendig, das Spannfutter in weiteren Einzelheiten zu beschreiben.

Zu der in Fig. 5 schematisch dargestellten Roboteranordnung gehört ein Eingangsmagazin 56 für stangenförmiges Material, das gebogen werden soll, ein erster Industrieroboter 8, der an einem Schlittenbett 60 aufgehängt ist, eine steuerbare Halte- oder Greifvorrichtung 7 und ein Ausgangsmagazin 57. Das Eingangsmagazin 56 ist vorzugsweise im wesentlichen von an sich bekannter Art mit zwei getrennten Abteilen für zu biegendes stangenförmiges Material. Auf diese Weise können Materialien oder Werkstücken mit untereinander unterschied­ lichen Abmessungen in entsprechende getrennte Abteile gela­ den werden, oder - falls gewünscht - miteinander gemischt in gemeinsame Abteile. Das Eingangsmagazin hat als Ausgabevor­ richtung für jedes Abteil eine sogenannte Fluchtvorrichtung 58, 59 bekannter Art. Die Fluchtvorrichtung gibt jeweils ein Rohr an eine Wegnahmestation frei, die sich am linken Ende des Magazins befindet. Das Magazin kann mit nicht darge­ stellten seitlichen Führungsvorrichtungen für Rohre unter­ schiedlicher Länge versehen sein.

Die Haltevorrichtung hat vorzugsweise Servomotoren sowie Sensoren, welche Signale liefern, die aussagen, ob die Hal­ tevorrichtung in Haltestellung ist oder nicht. Vorzugsweise sind auch Einrichtungen vorhanden, die feststellen, ob stan­ genförmiges Material in der Haltevorrichtung vorhanden ist, und die möglicherweise auch die Lage oder Winkelorientierung des Materials in der Haltevorrichtung feststellen. Die Hal­ tevorrichtung der dargestellten Ausführungsform ist fest auf einem Bodenständer 61 befestigt, während eine Biegevorrich­ tung 11 in der Werkzeugbefestigungsvorrichtung des ersten Industrieroboters befestigt ist.

Alternativ kann jedoch die Haltevorrichtung in der Werkzeug­ befestigungsvorrichtung des Roboters befestigt sein, und die Biegevorrichtung kann in einer stationären Position fest an­ geordnet sein. In bestimmten Fällen kann es sogar vorteil­ haft sein, die Haltevorrichtung in der Werkzeugbefestigungs­ vorrichtung eines zweiten nicht dargestellten Industrierobo­ ters zu befestigen. Wenn daher zwei oder mehr Vorrichtungen gemäß der Erfindung positioniert werden, ist es möglich, beispielsweise die Position aller genannten Vorrichtungen (33) zu verändern, oder alternativ eine der genannten Vor­ richtungen fest zu positionieren und nur die Positionen der anderen in Beziehung zu der festpositionierten Vorrichtung zu verändern.

Der erste Industrieroboter ergreift und hält jeweils ein stangenförmiges Werkstück aus dem Eingangsmagazin und posi­ tioniert das Werkstück zur gleichen Zeit, zu der die Halte­ vorrichtung mit Hilfe des Robotersteuersystems in den Nicht- Halte-Zustand geführt wird. Nachdem das Werkstück in einer vorbestimmten Stellung, d. h. also in bestimmter Schwer­ punkts- und Winkellage, so plaziert worden ist, daß es in die Haltevorrichtung hineinragt und eventuell teilweise durch das Haltevorrichtung hindurchragt, wird die Haltevor­ richtung mit Hilfe des Robotersteuersystems in den Halte-Zu­ stand übergeführt. Während die Haltevorrichtung sich im Hal­ tezustand befindet, bewegt der Roboter die Biegevorrichtung in verschiedene vorbestimmte Positionen längs des stangen­ förmigen Werkstücks und in bestimmte Drehwinkelstellungen in bezug auf das Werkstück. Wenn die vorgenannten vorbestimmten Positionen (Ort und Winkelstellung) relativ zum Werkstück und zur Haltevorrichtung eingenommen worden sind, biegt die Biegevorrichtung das Werkstück entsprechend vorbestimmter Biegewinkel mit Hilfe des Robotersteuersystems. Falls erfor­ derlich, kann das stangenförmige Werkstück zwischen aufein­ anderfolgenden Biegevorgängen erneut relativ zu der Halte­ vorrichtung positioniert werden. In diesem Falle wird die Biegevorrichtung nur dazu benutzt, das Werkstück festzuhal­ ten, jedoch nicht um das Werkstück zu biegen. Wenn das Werk­ stück von der Biegevorrichtung festgehalten wird, wird die Haltevorrichtung zunächst in den Nicht-Halte-Zustand überge­ führt, worauf das Werkstück in bezug auf die Haltevorrich­ tung neu positioniert wird. Dies geschieht dadurch, daß das Werkstück geringfügig in die Haltevorrichtung hineingescho­ ben oder geringfügig aus dieser herausgezogen wird, und/oder relativ zu der Haltevorrichtung gedreht wird, wonach die Haltevorrichtung wieder in den Haltezustand übergeführt wird. Diese Neupositionierung des Werkstücks wird dadurch vereinfacht und beschleunigt, daß die Biegevorrichtung gemäß der Erfindung so konstruiert ist, daß sie im Stande ist, das Werkstück zu halten, ohne dieses zu biegen, was im Gegensatz zu den Fällen steht, in denen der Roboter gezwungen ist, die Biegevorrichtung gegen eine bekannte Greif- und Haltevor­ richtung auszuwechseln, nur um das Werkstück neu positionie­ ren zu können.

Im Anschluß an das Biegen des stangenförmigen Werkstücks in die endgültige gewünschte Form wird die Haltevorrichtung in den Nicht-Halte-Zustand gesteuert, worauf der Roboter das Werkstück zu einem Ausgangsmagazin transportiert.

Die Biegevorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Fig. 2 bis 4 dadurch, daß sie entweder fest montiert wird, beispielsweise an der Werk­ zeugbefestigungsvorrichtung des Roboterhandgelenks, oder in ihrer Gesamtheit austauschbar ist. Unabhängig davon, ob sie fest befestigt wird oder austauschbar ist, kann sie alterna­ tiv auch von einer Werkzeugbefestigungsvorrichtung getragen werden, die, statt von einem Roboter getragen zu werden, fest auf dem Werkstattboden angeordnet ist.

Zum Gehäuse 39 a gehört ein zentrales Teil 40, ein Deckel 41, eine Grundplatte 42 und ein Kupplungsteil 43, welche durch Bolzen 44, 45 usw. miteinander verbunden sind. Eine drehbare Welle 23 ist in Lagern 46, 47 im Gehäuse gelagert. Auf der Welle 23 ist ein Schneckenrad 48, welches zusammen mit einer Schnecke 49 ein Schneckengetriebe bildet. Ferner ist auf der Welle ein Arm 27 befestigt, dessen von der Welle wegweisen­ des Ende als zweiarmige Gabel ausgebildet ist. Das gabelför­ mige Ende umgreift ein Gleitstück 50, welches im Gehäuse an­ geordnet ist und eine weitere Welle 36 trägt. Das Gleitstück ist in radialer Richtung zu der Welle 23 relativ zu dem ga­ belförmigen Abschnitt des Arms 27 verschiebbar, folgt jedoch dem gabelförmigen Abschnitt in tangentialer Richtung zur Welle 23, wenn der Arm 27 gedreht wird. Der radiale Abstand des Gleitstücks und damit auch der radiale Abstand der wei­ teren Welle von der Welle 23 wird von einer Nut oder Füh­ rungsspur 35 im Gehäuse bestimmt. Die weitere Welle 36 läuft in dieser Nut.

Eine erste Scheibe 25 ist am Gehäuse koaxial zur Welle 23 mit Schrauben 44 befestigt. Eine zweite Scheibe 26 ist an der weiteren Welle 36 mit Hilfe einer Befestigungsvorrich­ tung 21 derart befestigt, daß die Scheibe sich drehen kann, aber daran gehindert wird, sich in nennenswerter Weise in axialer Richtung zu verschieben. Die Scheiben haben doppelt­ gekrümmte Flächen 29 beziehungsweise 30, die sich um den Um­ fang der Scheiben erstreckende kreisförmige Nuten bilden. Eine oder zwei Anschlagschultern 37 arbeiten mit den Schei­ ben beim Biegen eines stangenförmigen Werkstücks zusammen, vorzugsweise in der in Fig. 6 durch gestrichelte Linien an­ gedeuteten Form.

Die Biegung eines stangenförmigen Werkstücks, das zwischen den Scheiben und den Anschlagschultern eingeführt ist, er­ folgt durch Drehung der Welle 23 aus der Ausgangsstellung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn, was von der Lage der mitwirkenden Anschlagschulter abhängt. Die Drehung wird durch einen Servomotor 14 über das Schneckengetriebe 48, 49 herbeigeführt. Die Drehbewegung des Motors wird durch einen nicht dargestellten Winkelmesser gemessen, der mit dem Steu­ ersystem des Industrieroboters verbunden ist, wodurch es möglich ist, die Biegung mit Hilfe des ebengenannten Steuer­ systems zu steuern. Die Leistungsübertragung vom Servomotor auf die Eingangswelle 52 des Schneckengetriebes erfolgt über ein Kupplungselement 55, welches im Kupplungsteil 43 des Ge­ häuses untergebracht ist. Die Eingangswelle 52 ist im Ge­ häuse in Lagern 53, 54 gelagert.

Das Gehäuse und der Servomotor sind mittels Bolzen 44 mit­ einander verbunden. Das Gehäuse und der Servomotor sind vor­ zugsweise beispielsweise an einer permanent am Werkstattbo­ den befestigten Werkzeugbefestigungsvorrichtung oder an ei­ ner Werkzeugbefestigungsvorrichtung an dem Handgelenk eines Roboter mit Hilfe von Bolzen befestigt. Abhängig von der Art der Werkzeugbefestigungsvorrichtung können die Bolzen entwe­ der am Kupplungsteil des Gehäuses oder an einem nicht darge­ stellten Flansch des Gehäusedeckels oder eventuell am Servo­ motor angeordnet sein. Auf die oben genannten Druckschrif­ ten, die sich mit der Konstruktion von Werkzeugbefestigungs­ vorrichtungen an ASEA-Robotern beziehen, wird Bezug genom­ men.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsformen, und teilweise abge­ wandelte Ausführungsformen sind im Rahmen der Patentansprü­ che leicht vorstellbar. Beispielsweise kann das auswechsel­ bare Teil der Biegevorrichtung aus einem größeren oder klei­ neren Teil als in Fig. 2 gezeigt bestehen. In einem Extrem­ fall ist es möglich, daß nur eine der Scheiben auswechselbar ist, wenn die vorliegenden Rohrdurchmesser und Krümmungsra­ dien der Biegungen sich nicht zu stark ändern. Es ist auch denkbar, daß die Haltevorrichtung und/oder die Biegevorrich­ tung entweder vollständig oder teilweise mit einem eigenen Steuersystem ausgestattet sind/ist. Beim Steuern der Funk­ tionen der entsprechenden Vorrichtungen arbeitet das eigene Steuersystem dann mit dem Steuersystem des Roboters zusam­ men, u. a. durch einen Informationsaustausch, so daß die Steuerung der Haltevorrichtung beziehungsweise der Biegevor­ richtung mit Hilfe des Robotersteuersystems ausgeführt wird. Die Formulierung "mit der Hilfe des Robotersteuersystems" schließt also den Fall mit ein, daß nur ein Teil der ge­ samten Steuerfunktionen von dem Steuersystems eines Roboters ausgeführt wird.

Claims (11)

1. Verfahren zum Biegen oder Krümmen von stangenförmigen Ma­ terialien oder Werkstücken mit Hilfe einer Haltevorrichtung und einer Biegevorrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Biegevorrichtung, die Haltevorrich­ tung und das stangenförmige Werkstück mit Hilfe mindestens eines ersten Industrieroboters, der mit einem Steuersystem ausgerüstet ist, in einer vorgegebenen Weise zueinander po­ sitioniert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Biegevorrichtung an der Werkzeugbe­ festigungsvorrichtung am Handgelenk des ersten Industriero­ boters befestigt ist und daß die Biegevorrichtung mit Hilfe des Steuersystems des Roboters gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltevorrichtung an der Werkzeugbe­ festigungsvorrichtung am Handgelenk des ersten Industriero­ boters befestigt ist und daß die Haltevorrichtung mit Hilfe des Steuersystems des Roboters gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltevorrichtung oder eine weitere Biegevorrichtung an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung an dem Handgelenk eines zweiten Industrieroboters befestigt ist und daß die Haltevorrichtung oder die weitere Biegevorrich­ tung mit Hilfe des Steuersystems des zweiten Industrierobo­ ters gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bie­ gende stangenförmige Werkstück mit Hilfe eines Industriero­ boters aus einem Eingangsmagazin entnommen wird und daß das stangenförmige Werkstück nach fertiggestellter Biegung mit Hilfe eines Industrieroboters in einem Ausgangsmagazin abge­ legt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem Biegungen in mehr als einer Ebene durchgeführt wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß das stangenförmige Werkstück mit Hilfe der genannten Haltevor­ richtung mindestens einmal zwischen dem ersten Biegevorgang in einer Ebene und dem letzten Biegevorgang in einer anderen Ebene gedreht wird.

7. Robotereinrichtung zum Biegen von stangenförmigen Mate­ rialien oder Werkstücken, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Robotereinrichtung eine steuerbare Biegevorrichtung (11, 12) enthält, die mit Hilfe des Steuer­ system eines Industrieroboters (8, 9) gesteuert wird, daß eine steuerbare Haltevorrichtung vorhanden ist, welche das Werkstück während des Biegens mit der Biegevorrichtung fest­ hält und welche mit Hilfe des Steuersystems eines Industrie­ roboters gesteuert wird, und daß die Biegevorrichtung und/oder die Haltevorrichtung so beschaffen sind/ist, daß sie am Handgelenk eines Industrieroboters befestigt werden können/kann.

8. Robotereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Biegevorrichtung an einer Werkzeugbefestigungsvorrichtung am Handgelenk eines Indu­ strieroboters befestigt ist, daß die Biegevorrichtung so aufgebaut ist, daß die Kräfte, welche während eines Biege­ vorganges auftreten infolge der Verformung des stangenförmi­ gen Werkstücks in bezug auf die Werkzeugbefestigungsvorrich­ tung des Roboters, im wesentlichen derart miteinander im Gleichgewicht stehen, daß die Summe dieser Kräfte weder ein nennenswertes resultierendes Drehmoment noch eine nennens­ werte resultierende Kraft auf die Werkzeugbefestigungsvor­ richtung als ganzes gesehen ausüben.

9. Robotereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Biegevorrichtung ein Gehäuse (19) mit einer Welle (23) gehört, auf welcher ein Arm (27) angeordnet ist, daß die Biegevorrichtung zwei Teile (25, 26) enthält, die relativ zueinander drehbar sind und doppeltgekrümmte Oberflächen (29, 30) aufweisen, daß eine der doppeltgekrümmten Flächen (29) einen Mittelpunkt in der Welle hat, daß das Teil mit der anderen doppeltgekrümmten Fläche (30) von dem Arm (27) längs einer Nut oder Führungs­ spur (35) im Gehäuse verschiebbar ist, daß der gegenseitige Abstand zwischen den doppeltgekrümmten Flächen sowie deren Krümmungsradien in solcher Weise dem stangenförmigen Werk­ stück angepaßt sind, daß erstens ein zu biegendes Werkstück frei zwischen die doppeltgekrümmten Flächen einschiebbar ist, wenn diese Flächen sich in einer ersten Lage relativ zueinander befinden, und zweitens ein Werkstück zwischen den Flächen gehalten und gebogen werden kann, wenn die genannten Flächen zumindest um einen gegebenen kleinsten Winkel rela­ tiv zueinander aus der erstgenannten Lage herausgedreht wor­ den sind.

10. Robotereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (25, 26) mit den doppeltgekrümmten Flächen (29, 30) als Scheiben aus­ gebildet sind, von denen jede längs ihres Umfanges eine kreisförmige Nut (28) hat.

11. Robotereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei miteinander koordinierte Industrieroboter vorhanden sind, wobei die Biegevorrichtung an der Werkzeugbefesti­ gungsvorrichtung des einen Roboters befestigt ist und die Haltevorrichtung und/oder eine weitere Biegevorrichtung an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung des anderen Roboters be­ festigt ist.