DE3710688A1 - Roboterfuehrbares werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein roboterführbares Werkzeug mit einem Kupplungsflansch zum Anschluß an den Arm eines In­ dustrieroboters.

Damit Werkzeuge von einem Roboter automatisch geführt werden können, muß zunächst die zu fahrende Bahn bestimmt werden. Dies geschieht häufig in einer Lernphase derart, daß zunächst mit einem Fühler, der auch durch das Werkzeug gebildet sein kann, eine Kontur sukzessive abgetastet wird und durch eine definier­ te Auslenkung des Fühlers bestimmte Werte der Kontur als Posi­ tionszwischenpunkte abgespeichert werden (Raumpunktgenerierung). Aus diesen abgespeicherten Punkten wird dann in nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen jeweils wieder die erforderliche Bahn be­ rechnet und als Steuerungswert den einzelnen Bewegungsachsen des Roboters vorgegeben. Da infolge von Toleranzen der einzel­ nen Werkstücke, Aufspannfehlern usw. nicht immer damit gerech­ net werden kann, daß die bei einem ersten Werkstück gefahrene Bahn auch stets bei nachfolgenden Werkstücken eingehalten wer­ den kann, z. B. im Falle einer Entgratung oder einer Schleifbe­ arbeitung, muß auch hier das Werkzeug im bestimmten Umfang von der vorgegebenen Bahn abweichen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein Werkzeug der eingangs genannten Art eine einfache nachgiebige Aufhängung zu schaffen, durch die das Werkzeug bei der Raumpunkt­ generierung als Fühler und bei den nachfolgenden Bearbeitungs­ vorgängen - auch sehr komplizierter Art - benutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsemäß dadurch gelöst, daß das Werk­ zeug schwenkbar am Kupplungsflansch aufgehängt und über min­ destens einen Druckluftzylinder einstellbar federnd am Flansch abgestützt ist.

Auf diese Weise kann das Werkzeug definiert von einem vorgegebe­ nen Weg abweichen. Ordnet man dem Druckluftzylinder ein Meß­ system zu, z. B. auf induktiver Basis, so läßt sich diese Abwei­ chung gezielt feststellen und für weitere Zwecke verwenden. Wer­ den insbesondere Grenzwerte überschritten, so kann eine Stö­ rungsanzeige abgegeben werden.

Die definierte Nachgiebigkeit des Werkzeuges, sei sie während der Erzeugung von Zwischenwerten oder sei sie während eines späteren Bearbeitungsvorganges von Werkstücken, kann durch ei­ nen einfach oder doppelt wirkenden Druckluftzylinder erreicht werden. Der doppelt wirkende Druckluftzylinder hat den Vorteil, daß das Werkzeug von einer definierten Nullstellung aus, z. B. der Mittelstellung, in zwei Richtungen angefedert werden kann. Der Vorteil einer definierten Anfederung liegt darin, daß durch ein von der Programmsteuerung des Roboters betätigtes Proportionaldruckregelventil der Druck im Druckzylinder und so­ mit die Andrückkraft des Werkzeuges schnell und genau entspre­ chend den technologischen Aufgaben geregelt werden kann. So können z. B. in einem Arbeitsfluß ohne manuellen Eingriff ver­ schieden große Antriebskräfte des Werkzeuges, z. B. beim Entgra­ ten unterschiedlicher Werkstückgeometrien, realisiert werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1, 3 das Werkzeug mit einem einfach wirkenden Druck­ luftzylinder und

Fig. 2, 4 das Werkzeug mit einem doppelt wirkenden Druck­ luftzylinder.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist am Arm 1 eines nicht darge­ stellten Industrieroboters ein Kupplungsoberteil 2 angeordnet, mit dem ein das Werkzeug 6 tragender Kupplungsflansch 3 verbind­ bar ist. Die Mittel zur selbsttätigen Verbindung zwischen dem Kupplungsoberteil 2 und dem Kupplungsflansch 3 sind nicht näher dargestellt und auch nicht Gegenstand dieser vorliegenden Erfin­ dung.

In einer am Kupplungsflansch 3 angebrachten Aufhängung 4 ist das Werkzeug 6 um die Achse 5 schwenkbar angeordnet. Das Werk­ zeug ist im hier vorliegenden Fall als druckluftgetriebenes Spin­ delwerkzeug gezeichnet, das an seinem vorderen Ende mit einem Fräser 7 bestückt werden kann. Das Werkzeug 6 ist im Abstand von der Drehachse 5 in einer Gabel 8 gelagert, die sich ihrerseits über einen Druckluftzylinder 12 am Flansch 3 abstützt. Die Abstützung ist dabei in der Weise getroffen, daß die Kolbenstange 11 des Druckluftzylinders 12 an der Gabel an­ liegt, wohingegen das Gehäuse 15 des Druckluftzylinders um die Achse 13 schwenkbar am Flansch 3 gelagert ist. Parallel zum Druckluftzylinder 12 ist ein induktives Wegmeßsystem 16 ange­ ordnet, durch das die Stellung des Werkzeuges 6 relativ zum Flansch 3 erfaßt werden kann. Dies geschieht dadurch, daß die relative Verschiebung eines fest mit der Gabel 8 gekuppelten Teiles relativ zu einem mit dem Gehäuse 15 fest gekuppelten Teil des induktiven Wegmeßsystems 16 festgestellt wird. Um Endlagen des Kolbens 14 zu erfassen, sind Endschalter 17 vorgesehen, die über das bewegliche Teil des induktiven Wegmeßsystems 16 betä­ tigt werden. Durch definierten Druck im Zylinder 12 kann eine definierte Federkraft auf das Werkzeug ausgeübt werden. Wird in der Druckluftzuleitung zum Druckluftzylinder 12 - wie gestri­ chelt durch die Linie 18 angedeutet - ein Proportionalventil 29 vorgesehen, so kann durch eine von der Robotersteuerung kommen­ de Ansteuerung - Pfeil 28 - eine den jeweils technologischen Er­ fordernissen angepaßte Anfederkraft erzeugt werden.

Fig. 2 zeigt eine sehr ähnliche Konstruktion, nur mit der Aus­ nahme, daß der einfach wirkende Druckluftzylinder durch einen doppelt wirkenden Druckluftzylinder 19 mit den zwei in Reihe liegenden Kolben 21 und 22 ersetzt ist. In der gezeichneten Stel­ lung ist der Kolben 22 eingefahren, dagegen der Kolben 21 aus­ gefahren. Da das Gehäuse 20 des Druckluftzylinders mittig ge­ teilt ist, so daß jedem Kolben ein definierter Arbeitsraum zur Verfügung steht, ist hierdurch leicht eine definierte Nullstel­ lung der Anordnung erreichbar, die auch jederzeit wieder repro­ duzierbar ist. Beide Arbeitsräume der beiden Kolben sind in nicht dargestellter und bekannter Weise mit regelbaren Druckluft­ quellen verbunden, so daß beide Räume auf gleichen oder auf un­ terschiedlichen Druck eingestellt werden können, und zwar gegebenenfalls individuell für sich. Auf diese Weise ist sowohl eine definierte Ein- als auch eine definierte Ausfederung des Werkzeuges erreichbar. Die sich hierbei ergebenden Hübe können ebenfalls mit einem am Druckzylinder 19 angeordneten induktiven Wegmeßsystem 26 erfaßt werden, das die relative Bewegung des Werkzeuges 6 in bezug auf den Flansch 3 in Doppelpfeilrichtung 23 erfaßt. Zur Überwachung der Endlagen des Kolbens ist in der Mitte des Gehäuses 20 eine Endschalteranordnung 27 vorgesehen, die auf in den Kolben angeordnete Permanentmagneten anspricht. Sind z. B. beide Kolben eingefahren, so wird automatisch eine Störanzeige über die Endschalter erzeugt, da dann das Werkzeug am Ende seiner möglichen Einfederung angekommen ist.

Die möglichen Hubwege der beiden Zylinder 21 und 22 sind dabei durch die Buchstaben a und b angedeutet.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Gesamtkonstruktion so gewählt, daß die Kolbenstange 24 des Kolbens 22 sich an der Gabel 8 abstützt, wohingegen die Kolbenstange 25 des Kolbens 21 schwenkbar am Flansch 3 gelagert ist.

Mit dem synchron mit der Druckluftfederung arbeitenden induk­ tiven Wegmeßsystem 26 ist es auch hier möglich, die Ausklenkung (Weg) des Werkzeuges in eine proportionale elektrische Größe um­ zusetzen und diese der Robotersteuerung zu übertragen. Dadurch können Werkstückkonturen verschiedenster geometrischer Formen automatisch programmiert und später auch bearbeitet werden.

Claims (7)

1. Roboterführbares Werkzeug mit einem Kupplungsflansch zum Anschluß an den Arm eines Industrieroboters, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (6) schwenkbar am Kupplungsflansch (3) aufgehängt und über mindestens einen Druckluftzylinder (12, 19) einstellbar federnd am Flansch abgestützt ist.

2. Roboterführbares Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung ein einfach wirkender Druckluftzylinder (12) vorgesehen ist, dessen Kolben (14) mit dem Werkzeug (6) und dessen Gehäuse (15) mit dem Flansch (3) verbunden ist.

3. Roboterführbares Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung ein doppelt wirkender Druckluftzylinder (19) mit zwei Kolben (21, 22) vorge­ sehen ist, dessen einer Kolben (22) mit dem Werkzeug (6) und dessen anderer Kolben (21) mit dem Kupplungsflansch (3) verbun­ den ist.

4. Robotorführbares Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckluftzylinder (12, 19) ein Wegmeßsystem (16, 26) für den Federweg zugeordnet ist.

5. Roboterführbares Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein induktives Meßsystem (16, 26) mit zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen vorgesehen ist, von denen der eine Teil mit dem Druckluftzylinder und der andere Teil mit dem Werkzeug (6) verbunden ist.

6. Roboterführbares Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckluftzylinder (12, 19) Endschalter (17, 27) zur Anzeige von Kolbenendlagen zugeordnet sind.

7. Robotorführbares Werkzeug nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch mindestens ein in einer Druck­ luftzuleitung (18) zum Druckluftzylinder (12) liegendes Ventil (29), welches durch eine elektronische Steuerung programmabhän­ gig verstellbar ist.