DE3820821A1 - Werkzeug-wechselsystem fuer eine handhabungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Beschreibung bezieht sich auf ein Werkzeug-Wechsel­ system für eine mehrachsige Positionier-und Handhabungs­ einrichtung, beispielsweise einen Industrieroboter, der einen Werkzeug-Wechselflansch aufweist, an dem in einem Werkzeug-Bereitstellungsmagazin bereitgestellte Werkzeuge anbringbar sind, und der an das jeweils angebrachte Werk­ zeug Steuersignale und Energie überträgt.

Derartige Werkzeug-Wechselsysteme sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Dabei stellt der Wechselflansch die Schnittstelle zwischen der mehrachsigen Positionier­ und Handhabungseinrichtung, also beispielsweise einem In­ dustrieroboter, und dem jeweiligen Werkzeug dar, so daß je nach Einsatzfall unterschiedliche Werkzeuge mit dem gleichen Industrieroboter gehandhabt werden können. Über den sogenannten Werkzeug-Wechselflansch wird nicht nur die Versorgung der Werkzeuge mit elektrischer, pneumatischer und/oder hydraulischer Energie sichergestellt, sondern auch der Informationsaustausch und Informationsfluß zwischen Werkzeug und Steuerung der Handhabungseinrich­ tung abgewickelt.

Werkzeuge, die nicht im Einsatz sind, werden vom Industrieroboter in einem Werkzeug-Bereitstellungsmagazin, das auch als Werkzeug-Wechselmagazin bezeichnet wird, ab­ gelegt. Im abgelegten Zustand ist die Energie-und Signal­ übertragung über den am Werkzeug angebrachten Gegenflansch zwischen Werkzeug und Steuerung unterbrochen. Dies bedeu­ tet, daß die Werkzeuge solange passiv im Bereitstellungs­ magazin verbleiben, bis sie vom Industrieroboter wieder aufgenommen werden.

Für eine Reihe von Handhabungsaufgaben, beispielsweise für die Kabelbaumontage mit Industrierobotern, werden eine Reihe von Werkzeugen, typischerweise zwischen drei und sechs verschiedenen Werkzeugen benötigt. Das Konzept der bekannten Werkzeug-Wechselsysteme bedeutet, daß die meiste Zeit ein Werkzeug, das häufig einen erheblichen Investitionsaufwand darstellt, lediglich passiv bereitge­ halten wird. Darüberhinaus sind bei Handhabungs-und Monta­ getätigkeiten häufig in kurzen Zeitabständen andere Werk­ zeuge erforderlich, so daß der für das Wechseln der Werk­ zeuge benötigte Zeitraum einen erheblichen Anteil an der Gesamtmontagezeit darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug- Wechselsystem für eine mehrachsige Positionier-und Hand­ habungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Totzeiten, die durch das passive Bereithalten der Werkzeuge in einem Be­ reitstellungsmagazin entstehen, verringert werden können.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen angegeben.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Werkzeuge weitere Anschlußelemente für Steuersignale und Energie aufweisen, die im Bereitstellungsmagazin mit entsprechenden (komplementären) Anschlußelementen des Be­ reitstellungsmagazins verbunden und durch die Verbindung aktiviert sind. Anders ausgedrückt wird erfindungsgemäß ein "aktives" Bereitstellungsmagazin geschaffen, durch das gleichzeitig mit dem Ablegen des Werkzeugs durch den In­ dustrieroboter und den damit vorhandenen Informations-und Energieversorgungsabbruch über den Werkzeug-Wechselflansch des Werkzeugs eine neue Energie-und Informationssignalver­ sorgung zur Steuereinheit realisiert wird.

Damit kann das Werkzeug auch im Bereitstellungsmagazin be­ stimmte Handhabungsaufgaben bewerkstelligen, wobei es allerdings weitgehend fest an seinem Platz im Handhabungs­ magazin verbleibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Insbesondere können die in dem Bereitstellungsmagazin für die verschiedenen Werkzeuge vorgesehenen Plätze so ausge­ bildet sein, daß ein in dem jeweiligen Platz abgelegtes Werkzeug bestimmte Funktionen ausführen kann. Beispiels­ weise bei einem Werkzeugsystem, das zur Herstellung von Kabelbäumen verwendet wird und das einen Greifer für vor­ konfektionierte Leitungen, d.h. für ein- oder beidseitig bereits mit einem Stecker versehene Kabel aufweist, kann der für den Greifer vorgesehene Platz eine Zuführeinrich­ tung für vorkonfektionierte Kabel enthalten. Dies bedeu­ tet, daß das Werkzeug im Werkzeug-Bereitstellungsmagazin mit einer neuen vorkonfektionierten Leitung bestückt wer­ den kann, so daß der Roboter nach dem Einwechseln dieses Werkzeugs mit dem Werkzeug nicht mehr zu einer Ausgabesta­ tion für vorkonfektionierte Kabel verfahren muß. Dies bedeutet eine beträchtliche Zeitersparnis.

Darüberhinaus ist es auch möglich, daß die Plätze für die jeweiligen Werkzeuge fest installierten Vorrichtungen derart zugeordnet sind, daß daß Werkzeug nicht nur bei Positionierung durch den Industrieroboter, sondern auch beim Verbleiben auf seinem Platz im Werkzeug-Bereitstel­ lungsmagazin mit diesen Vorrichtungen zusammenwirken kann.

Ein Beispiel hierfür ist bei dem bereits genannten An­ wendungsfall "Kabelbaummontage" eine Anschlagmaschine, mit der eine Leitung abisoliert und mit einem Kontakt versehen wird. Bei bekannten Pilotanlagen zur Kabelbaumherstellung verfährt der Industrieroboter einen Greifer, der bei­ spielsweise ein Kabel hält, zu der Anschlagmaschine, die das Kabelende abisoliert und mit einem Kontakt versieht.

Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, daß das im Werkzeug vorhandene Kabel, das beispielsweise aus einer Kabeltrommel abgespult wird, während der "Totzeit" des Werkzeugs, d.h. während der Verweilzeit des Werkzeugs im Bereitstellungsmagazin von der Anschlagmaschine abiso­ liert und angeschlagen wird.

Hierzu ist es selbstverständlich denkbar, daß der jeweili­ ge Bereitstellungsplatz über eine einfache Linearführung verfügt, mit der das Werkzeug in den Arbeitsraum der An­ schlagmaschine überführt und nach erfolgtem Anschlagen wieder zurückgezogen wird, so daß der unmittelbar Raum vor der Anschlagmaschine für "robotergeführte Werkzeuge" frei bleibt (Anspruch 6).

Selbstverständlich sind die vorstehend erläuterten Grund­ gedanken, - ein aktives Werkzeug-Bereitstellungsmagazin zu schaffen, in dem die Werkzeuge einfache Handhabungsauf­ gaben ausführen können, - nicht auf Werkzeugsysteme zur Ka­ belbaumherstellung beschränkt, sondern universell für die verschiedensten Werkzeuge einsetzbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ei­ nes erfindungsgemäßen Werkzeugs, und

Fig. 2 eine Funktions-Darstellung der Schnitt­ stellen.

Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugs. Das Werkzeug weist ein an einem nicht dargestellten Roboter angeflanschtes Flanschoberteil auf, an dem Signalübertragungsleitungen (1.1) sowie Energieversorgungsleitungen (1.2) vorgesehen sind. Das Flanschoberteil (1) ist mit einem Flanschunter­ teil (2) mittels geometrischer Verriegelungselemente (2.1) verbindbar. Das Flanschunterteil (2) ist fest am Werkzeug, das nicht weiter dargestellt ist, angebracht.

Ferner weist das Werkzeug eine Aufnahmevorrichtung (3) auf, mit der es in einem nicht näher dargestellten Werk­ zeug-Bereitstellungsmagazin abgelegt werden kann. Die Auf­ nahmevorrichtung (3) beinhaltet verschiedene Verbindungs­ einrichtungen, beispielsweise einen Pneumatikzylinder (3.1), eine Energie-Zufuhrleitung (3.2) sowie ein ent­ sprechendes Ventil (3.3).

Ferner ist in dem erfindungsgemäßen Werkzeug eine "Oder­ verzweigung" (2.2, s. Fig. 2), vorgesehen, die immer dann, wenn das Werkzeug mit dem Flanschunterteil (2) am Flanschoberteil (1) angebracht ist, die Verbindungslei­ tungen zwischen Flanschoberteil (1) und Flanschunterteil (2) aktiviert, während bei Ablage des Werkzeugs im Be­ reitstellungsmagazin anstelle der Verbindungsleitungen Flanschoberteil/Flanschunterteil die Leitungen (3.2 bzw. 3.1) sowie weitere nicht näher dargestellte Steuerleitun­ gen aktiviert werden.

Im folgenden soll der Funktionsablauf des erfindungsge­ mäßen Werkzeugs in einem erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeug-Wechselsystem beschrieben werden:

Der Roboter, an welchem das Oberteil des Werkzeugwechsel­ flansches (1) fest angebracht ist, verfährt zum Werkzeug­ wechselmagazin (3), um das Werkzeug (4) abzulegen. Der Ro­ boter positioniert das Unterteil des Wechselflansches (2) in der Aufnahmevorrichtung (3) des Werkzeugwechselmagazi­ nes. Nach dem Positionieren wird ein Pneumatikzylinder (3.1) betätigt, welcher in die geometrischen Verriege­ lungselemente (2.1) vom Flanschunterteil (2) eingreift. Durch dieses Andocken wird die Schnittstelle zwischen Flanschunterteil (2) und der Aufnahme des Werkzeugwech­ selmagazines (3) geschlossen. Dies geschieht dadurch, daß beim Andockvorgang das Ventil (3.3) in der Aufnahmevor­ richtung des Werkzeugwechselmagazines (3) durch das Unter­ teil des Werkzeugwechselflansches geöffnet wird. Dadurch ist die Energieversorgung des Werkzeuges (4) von der Aufnahmevorrichtung des Werkzeugwechselmagazines (3) über eine Oderschnittstelle (2.2) im Unterteil des Werkzeug­ wechselflansches (2) sichergestellt. Ebenfalls beim Andockvorgang werden die Schnittstellen zu entsprechenden Signalübertragungsleitungen vom Flanschunterteil (2) zur Aufnahmevorrichtung des Werkzeugwechselmagazines (3) geschlossen. Wird nun über entsprechende Mechanismen die Schnittstelle vom Oberteil des Werkzeugwechselflansches zum Unterteil des Werkzeugwechselflansches geöffnet, so erfolgt der Energie- und Informationsaustausch zwischen dem Werkzeug (4) und der Steuerung über die Schnittstelle zwischen dem Werkzeugwechselflanschunterteil (2) und der Aufnahmevorrichtung des Werkzeugwechselmagazines (3).

Claims (5)

1. Werkzeug-Wechselsystem für eine mehrachsige Positio­ nier- und Handhabungseinrichtung (Industrieroboter), die einen Werkzeug-Wechselflansch aufweist, an dem in einem Werkzeug-Bereitstellungsmagazin bereitgestellte Werkzeuge anbringbar sind, und der an das jeweils angebrachte Werk­ zeug Steuersignale und Energie überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge weitere An­ schlußelemente für Steuersignale und Energie aufweisen, die im Bereitstellungsmagazin mit entsprechenden Anschluß­ elementen des Bereitstellungsmagazins verbunden und durch die Verbindung aktiviert sind.

2. Werkzeug-Wechselsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Bereitstellungs­ magazin für die verschiedenen Werkzeuge vorgesehenen Plätze so ausgebildet sind, daß ein in dem jeweiligen Platz abgelegtes Werkzeug Funktionen ausführen kann.

3. Werkzeug-Wechselsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plätze fest installierten Vorrichtungen, mit denen das in dem jeweiligen Platz be­ reitgestellte Werkzeug im angeflanschten Zustand zusammen­ wirkt, derart zugeordnet sind, daß das Werkzeug mit dieser Vorrichtung auch im abgelegten Zustand zusammenarbeiten kann.

4. Werkzeug-Wechselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge zur Herstellung von Kabelbäumen verwendbar sind, und daß im Werkzeug- Wechselmagazin das Bestücken der Werkzeuge mit vorkonfek­ tionierten Leitungen erfolgt.

5. Werkzeug-Wechselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge zur Herstellung von Kabelbäumen verwendbar sind, und daß im Werkzeug- Wechselmagazin ein im Werkzeug geführtes Kabel einseitig mit einer Anschlagmaschine angeschlagen wird.