DE3817465A1 - Vorrichtung zum zufuehren von werkstuecken, fuer die verwendung bei robotern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zuführen von Werkstücken, für die Verwendung bei Robotern gemäß Oberbegriff Patentenspruch 1.

In jüngster Zeit werden in zunehmendem Maße zum maschinellen Herstellen von Produkten auch bereits Roboter verwendet, die mit einem optischen Erfassungssystem (z.B. Videokamera) versehen und in der Lage sind, insbesondere auch kleinere Werkstücke (Bauteile, Baugruppen usw.) hinsichtlich ihres optischen Erscheinungsbildes, d.h. insbesondere an in einem Speicher gespeicherten markanten optischen Strukturen optisch zu erfassen. Durch einen Vergleich der Information (Bild), die das Erfassungssystem von einem auf einer Ablage angeord­ neten Werkstück liefert, mit der gespeicherten Information (gespeichertes Bild bzw. gespeicherte Struktur) wird die rein zufällige Lage des Werkstückes auf der Ablage ermittelt und dieses Werkstück von dem Greifer des Roboters so erfaßt und von der Ablage abgenommen, daß das Werkstück dann mit diesem Greifer in einer gewünschten Orientierung der weiteren Be- oder Verarbeitung zugeführt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die bei besonders einfacher Konstruktion und hoher Betriebs­ sicherheit ein Zuführen von Werkstücken auf die mit dem Roboter zusammenarbeitende Auflage gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Die Zuführung der Werkstücke auf die Auflage erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in besonders einfacher Weise durch eine Relativbewegung bzw. einen Relativhub zwischen dem Aufnahmebehälter, in welchem die Werkstücke als ungeordnete Menge angeordnet sind, und der Ablage, wobei sich diese Ablage in einer ersten Position innerhalb des von den Werkstücken eingenommenen Innenraumes des Aufnahmebehälters befindet, also die Ablage in die ungeordnete Werkstückmenge "eingetaucht" ist, während sich die Ablage in der zweiten Position über dem von den Werkstücken eingenommenen Innenraum des Aufnahmebehälters befindet, also aus der ungeordneten Werkstückmenge ausgetaucht ist. Bei in der zweiten Position befindlichen Ablage ist auf dieser dann immer eine bestimmte Anzahl von Werkstücken vorhanden, von denen zumindest ein Teil eine Orientierung aufweist, in der die Werkstücke von dem optischen Erfassungssystem in ihrer Lage erkannt und somit auch von dem Greifer des Roboters erfaßt und von der Ablage abgenommen werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere auch zum Zuführen kleinerer Werkstücke oder Bauelemente, wie beispielsweise Platinen usw.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zuführen von Werk­ stücken zur Verwendung von Robotern;

Fig. 2 in schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Ablage der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Zuführen von Werkstücken 1 (z.B. kleineren Bauelemente, Baugruppen usw.), die unter Verwendung eines Roboters weiter verarbeitet und/oder zusammen mit anderen Werkstücken, Bauelementen oder Baugruppen zu einem Zwischen- oder End­ produkt montiert oder kombiniert werden sollen.

Die mit dem Roboter zu verarbeitenden Werkstücke 1, welche hinsichtlich Art, Form, Größe usw. jeweils identisch sind, weisen an einer Oberflächenseite ein markantes, optisch erfaßbares Bild oder eine markante, optisch erfaßbare Struktur auf. In den Figuren sind die Werkstücke 1 der einfacheren Darstellung wegen als quaderförmige Werkstücke angenommen, wobei jedes Werkstück 1 an einer Oberflächenseite im Bereich der von zwei angrenzenden Seitenflächen bzw. den dortigen Randlinien 2 und 3 gebildeten Ecke einen optisch markanten Bereich 4 besitzt, der beispielsweise von einem Vorsprung, von einer Vertiefung usw. gebildet ist. Alle mit der den Bereich 4 aufweisenden Oberflächenseite nach oben liegende Werkstücke 1 besitzen somit das gleiche optische Erscheinungsbild bzw. die gleiche optisch erfaßbare Struktur, die von dem von den beiden Randlinien 2 und 3 gebildeten Winkel sowie von dem an diesem Winkel vorgesehenen Bereich 4 bestimmt ist.

Der ansonsten nicht näher dargestellte, durch eine Elektronik (Mikroprozessor oder Rechner) gesteuerte Roboter weist an einem Arm 5 einen Greifer 6 auf, mit welchem die Werkstücke 1 erfaßt werden können und der am Arm 5 bzw. mit diesem Arm beispielsweise in einer vertikalen Achse V sowie in zwei senkrecht zueinander sowie senkrecht zu der vertikalen Achse V verlaufenden Achsen bewegbar und auch um die vertikale Achse V drehbar ist. Der nicht dargestellte Roboter besitzt weiterhin wenigstens eine Videokamera 7, mit der die auf einer Ablage 8 unterhalb dieser Videokamera 7 und im Arbeits­ bereich des Greifers 6 liegenden Werkstücke 1 optisch erfaßt werden können und die ein entsprechendes Videosignal an die Steuereinrichtung des Roboters liefert, in der das Bild der von den Randlinien 2 und 3 sowie dem Bereich 4 gebildeten Struktur gespeichert ist.

Mit der Videokamera 7, die beispielsweise mit dem Greifer 6 mitbewegt wird, wird die Oberfläche der Ablage 8 entsprechend einem vorgegebenen Programm nach evtl. auf der Anlage 8 vorhandenen Werkstücken 1 abgetastet, die dort an ihrer Oberseite die von den Randlinien 2 und 3 und dem Bereich 4 gebildete Struktur aufweisen und somit auf der Ablage 8 zumindest hinsichtlich der dem Bereich 4 aufweisenden Oberflächenseite richtig, d.h. mit dieser Oberflächenseite nach oben liegend orientiert sind. Immer dann, wenn ein derart richtig orientiertes Werkstück 1 optisch erfaßt ist, wird mit Hilfe des von der Videokamera 7 gelieferten Video­ signals bzw. Bildes und aufgrund des Verlaufs der Randlinien 2 und 3 die Lage des betreffenden Werkstückes 1 in der horizontalen Ebene der Ablage 8 festgestellt, so daß dann auch nach einem entsprechenden Drehen des Greifers 6 um die vertikale Achse V dieses Werkstück 1 von dem Greifer 6 erfaßt, von der Ablage 8 abgenommen und mit diesem Greifer 6 der weiteren Ver- bzw. Bearbeitung usw. zugeführt werden kann.

Die in den Fig. dargestellte Vorrichtung dient nun speziell zum Aufbringen der Werkstücke 1 auf die Ablage 8 in der Form, daß sich stets rein zufällig eine bestimmte Anzahl von Werkstücken 1 auf dieser Ablage in der richtigen Orientierung (mit der den Bereich 4 aufweisenden Oberflächenseite nach oben liegend) befindet.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem oben offenen, an seinem Umfang durch eine Umfangswand 9 ver­ schlossenen Topf oder Aufnahmebehälter 10, dessen Innenraum 11 sich ausgehend von der oberen Öffnung des Behälters nach unten hin trichterartig verengt.

Im Bodenbereich des Aufnahmebehälters 10 ist ein in Achs­ richtung des Behälters, d.h. in vertikaler Richtung V auf- und abbewegbarer Stempel 12 vorgesehen, dessen Querschnitt bei der dargestellten Ausführungsform etwa gleich dem Querschnitt ist, den der Aufnahmebehälter 10 an seiner Unterseite bzw. an seinem Boden aufweist und der durch eine Öffnung dieses Bodens hindurchgeführt ist. An seinem oberen Ende bzw. an seiner oberen Stirnseite bildet der Stempel 12 die Ablage 8. Das Auf- und Abbewegen des Stempels 12 erfolgt vom Roboter und von dessen Steuereinrichtung gesteuert durch einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor in der Form, daß in einer ersten Hubstellung des Stempels die Ablage 8 sich etwa im Bereich des Bodens des Aufnahmebehälters 10 und in einer zweiten Hubstellung etwa im Bereich der oberen Öffnung oder oberhalb dieser Öffnung des Aufnahmebehälters 10 befindet.

Der Stempel 12 weist über seine gesamte Länge, mit der dieser Stempel in der zweiten Hubstellung im Innenraum 11 des Aufnahmebehälters 10 angeordnet ist, einen gleichbleibenden Querschnitt auf, der auch gleich der Fläche der Ablage 8 ist.

Die Werkstücke 1 werden in den Aufnahmebehälter 10 einge­ bracht, so daß sich im Innenraum 11 dieses Aufnahmebehälters 10 jeweils eine genügende, allerdings ungeordnete Menge an Werkstücken 1 befindet. Immer dann, wenn sich der Stempel 12 aus seiner ersten Hubstellung in seine zweite Hubstellung bewegt, wird eine bestimmte Anzahl von Werkstücken 1 auf der Auflage 8 liegend mit nach oben bewegt und gelangen somit bei Erreichen der zweiten Hubstellung des Stempels 12 in den Arbeitsbereich des Greifers 6. Die dann rein zufällig auf der Ablage 8 die richtige Orientierung in bezug auf den Bereich 4 aufweisenden Werkstücke 1 werden dann in der oben beschrie­ benen Weise optisch erfaßt und mit dem Greifer 6 von der Ablage 8 abgenommen.

Werden keine in bezug auf den Bereich 4 richtig orientierte Werkstücke 1 auf der Ablage 8 festgestellt oder sind bereits alle richtig orientierten Werkstücke 1 von dieser Ablage 8 abgenommen worden, so wird der Stempel 12 in seine untere, erste Hubstellung und aus dieser wieder zurück in die zweite, obere Hubstellung zum Zuführen neuer Werkstücke 1 in den Arbeitsbereich des Greifers 6 zurückbewegt.

Um sich evtl. überlagernde Werkstücke 1 oder evtl. für ein Erfassen durch den Greifer 6 zu dicht nebeneinander ange­ ordnete Werkstücke 1 auf der Ablage 8 voneinander zu trennen bzw. auseinander zu bewegen, weist der Stempel 12 auch noch eine Vibrationseinrichtung 13 auf, mit deren Hilfe auf die Ablage 8 Vibrationsbewegungen vorzugsweise in zwei senkrecht zueinander verlaufenden horizontalen Achsrichtungen ausgeübt werden können, wie dies in der Fig. 1 mit dem Doppelpfeil B für eine dieser Richtungen angedeutet ist.

Bevorzugt weist die Vorrichtung auch noch Mittel auf, mit denen nach dem Erfassen und Abnehmen aller richtig orientier­ ter Werkstücke 1 die dann noch auf der Ablage 8 vorhandenen, nicht richtig orientierten Werkstücke 1 in die im Aufnahme­ behälter 10 vorhandene ungeordnete Werkstückmenge zurückge­ führt werden. Diese Mittel können von wenigstens einem Abstreifer 14 gebildet sein, der über die von der Ablage 8 gebildete Fläche bewegbar ist. Zum Entfernen der nicht richtig orientierten Werkstücke 1 von der Ablage 8 kann aber auch die Vibrationseinrichtung 13 oder eine andere Vibra­ tionseinrichtung dienen, die für diesen Zweck dann so angesteuert bzw. angetrieben ist, daß sie auf die auf der Ablage 8 angeordneten Werkstücke 1 eine diese Werkstücke von der Ablage 8 wegfördernde Förderwirkung ausübt. Auch andere Maßnahmen zum Wegfördern der nicht richtig orientierten Werkstücke 1 von der Ablage 8, z.B. ein Schrägstellen oder Kippen dieser Ablage 8 oder (bei kleinen Werkstücken 1) ein Freiblasen der Ablage 8 mittels einer aus einer oder mehreren Düsen 15 austretender Druckluft usw. sind denkbar.

Um sicherzustellen, daß bei in der unteren Position bzw. Hubstellung befindlicher Ablage 8 diese Ablage auch von einer genügenden Menge an Werkstücken 1 überdeckt ist und damit auch eine genügende Menge an Werkstücken 1 beim Bewegen des Stempels 12 in die obere Hubstellung bzw. Position mitgeführt wird, ist die Vorrichtung vorzugsweise auch noch so ausge­ bildet, daß zumindest bei in der unteren Position befind­ lichen Ablage 8 eine gewisse Bewegung der Werkstücke 1 innerhalb des Aufnahmebehälters 10 stattfindet. Dies wird beispielsweise durch die Vibrationseinrichtung 13 oder eine weitere, den Aufnahmebehälter 10 einschließlich Stempel 12 in horizontaler Richtung hin- und herbewegende Vibrationsein­ richtung erreicht.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Zuführen von Werkstücken, für eine Verwendung bei Robotern mit wenigstens einem optisch gesteuerten Greifer zur Abnahme der auf einer Ablage angeordneten Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablage (8) im Bereich eines die Werkstücke (1) als ungeordnete Menge aufnehmenden Aufnahmebehälters (10) vorgesehen ist, und daß die Ablage (8) sowie der Auf­ nahmebehälter (10) in vertikaler Richtung relativ zu­ einander derart bewegbar sind, daß sich die Ablage in einer ersten Position innerhalb des von den Werkstücken (1) eingenommenen Innenraumes (11) des Aufnahmebehälters (10) und in einer zweiten Position über diesem Innenraum (11) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei feststehendem Aufnahmebehälter (10) die Ablage (8) bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ablage (8) an der Oberseite eines stempelartigen Elementes (12) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stempelartige Element (12) zumindest über eine Teillänge, mit der sich das stempelartige Element (12) in der zweiten Position der Ablage (8) innerhalb des Innen­ raumes (11) des Aufnahmebehälters (10) befindet, einen gleichbleibenden oder sich zur Ablage (8) verjüngenden Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch Mittel zum Trennen oder Auseinanderbewegen von Werkstücken (1) auf der Ablage (8) und/oder zum Entfernen von falsch orientierten Werkstücken (1) von der Ablage (8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel von wenigstens einer Vibrationseinrichtung (13), von einem die Werkstücke (1) bewegenden Förder­ element oder Schieber (14) und/oder von wenigstens einer Austrittsdüse (15) zur gesteuerten Abgabe von Blasluft gebildet sind.