DE3823668A1 - Flexibler handhabungsautomat zur bearbeitung von werkstuecken, insbesondere von kraftfahrzeug-karosserien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flexiblen Handhabungs­ automaten zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Kraftfahrzeug-Karosserien, mit einem Werkzeugwechselsystem, das eine Ablage und Aufnahme von Werkzeugen in eine bzw. aus einer vertikalen Ablagevorrichtung ermöglicht, die funktionell in direktem Zusammenhang mit dem Handhabungs­ automaten steht.

Bei der Bearbeitung und/oder Montage von arbeitsintensiven hochtechnisierten Serienprodukten, wie z.B. Kraftfahrzeugen, werden zunehmend Handhabungsautomaten (Roboter) benötigt, die in der Lage sein müssen, bei wechselnder Produkt- bzw. Bearbeitungsart mit unterschiedlichen Werkzeugen zu arbeiten. Diese Flexibilitätsanforderung bedingt einen selbsttätigen Werkzeugwechsel durch den Handhabungsautomaten; d.h. das nicht (mehr) benötigte Werkzeug muß abgelegt und das neue Werkzeug muß aufgenommen werden. Hierzu ist der Handhabungs­ automat mit einer Werkzeugablagevorrichtung eng zu koppeln.

Als praktisches Beispiel sei ein Handhabungsautomat angeführt, der mit einer in seinem Wechselsystem eingespannten Schweiß­ zange ausgerüstet ist, um damit einen bestimmten Schweißvor­ gang an der Karosserie auszuführen. Sobald die Karosserie wechselt und möglicherweise eine andere Schweißzange für einen anderen Schweißvorgang benötigt wird, muß die Schweiß­ zange gegen eine andere ausgetauscht werden. Hierzu ist es erforderlich, daß der Handhabungsautomat die bisherige Schweißzange ablegt, was mit Hilfe seines automatischen Wechselsystems durch Einlegen der bisherigen Schweißzange in ein Ablagesystem mit anschließendem Entkuppeln geschieht. Anschließend fährt der Handhabungsautomat zu einer nächsten Werkzeugablage weiter, bei der mit Hilfe des Wechselsystems das neue Werkzeug angekuppelt wird, um es in die neue Ar­ beitsposition zu fahren.

Bei bisher eingesetzten Handhabungsautomaten der in Rede stehenden Art erfolgt die Ablage bzw. Aufnahme des Werk­ zeuges jeweils in vertikaler Richtung, was sich in der Praxis aus Platzgründen als ungünstig erwiesen hat, so z.B. bei stationsspezifischer Anordnung der Ablage in Verbindung mit einem eingeschränkten Arbeitsbereich des Handhabungsauto­ maten. Ein horizontales Ablegen und Aufnehmen des Werkzeuges war bisher wegen unvermeidlicher Wiederholungsungenauigkei­ ten beim Verfahren des Handhabungsautomaten in horizontaler Richtung nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen flexiblen Handhabungs­ automaten der eingangs bezeichneten Art, der an sich mit einer vertikal arbeitenden Ablagevorrichtung ausgerüstet ist, so aus- bzw. umzugestalten, daß ein horizontaler Fügevorgang (sog. Andocken) von Werkzeugen (oder ähnlichen Teilen) an dem Handhabungsautomaten möglich wird.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Werkzeugwechselsystem ein vertikal angeordnetes stationäres bzw. starres Halteteil aufweist, an dem eine ausgleichende Werkzeug-Aufnahmevorrichtung gegen Federwiderstand horizontal verschiebbar gelagert ist, und daß an der Werkzeug-Aufnahme­ vorrichtung Aufnahme- und Führungselemente, die mit ent­ sprechenden Fixierelementen am Werkzeug zusammenwirken, angeordnet sind, und daß die Aufnahme- und Führungselemente mit einem elastischen Gewichtsaufnahmesystem für das Werkzeug kombiniert sind.

Durch die erfindungsgemäße horizontal bewegliche Werkzeug- Aufnahmevorrichtung wird die Wiederholungsungenauigkeit des flexiblen Handhabungsautomaten in horizontaler Richtung kompensiert und damit eine horizontale Einzugs- bzw. Ab­ stoßbewegung des Werkzeugs durch das (Hub-) Wechselsystem des Handhabungsautomaten ermöglicht. Bei der erfindungsge­ mäßen Werkzeug-Aufnahmevorrichtung handelt es sich also um ein horizontales Ausgleichssystem. Das erfindungsgemäße Ge­ wichtsaufnahmesystem dient zur Kompensation der Wieder­ holungsungenauigkeit in vertikaler Richtung und ermöglicht einen reibungsarmen Füge- und Entfügevorgang beim Werkzeug­ wechsel.

Die Erfindung erbringt also den wesentlichen Vorteil, daß das zu wechselnde Werkzeug (oder ein vergleichbares Element) nicht nur vertikal, wie bisher üblich, sondern auch horizontal abgelegt werden kann. Sie führt damit zu einer Vereinfachung und Verkürzung des Bewegungsablaufes des Handhabungsautomaten beim Ablegen bzw. Aufnehmen, wodurch sich - als Folgevorteil - eine Reduzierung der Maschinen-(takt)Zeit erreichen läßt.

Zwar sind - durch die DE-OS 35 33 063 und die US-PS 38 22 019 - bereits Ablagen an sich bekannt, auf die ein Werkzeug oder Werkstück mit einer horizontalen Bewegung aufgebracht werden kann. Jedoch handelt es sich hierbei - abweichend vom Gat­ tungsbegriff der vorliegenden Erfindung - jeweils nur um Ab­ lagen als solche, die in keinem funktionellen oder konstruk­ tiven Zusammenhang mit einem Handhabungsautomaten stehen.

So beruht der Gegenstand der US-PS 38 22 019 auf der Ein­ stellbarkeit für die Werkzeuglänge bzw. -breite und dient zur Aufnahme von handelsüblichen Werkzeugen für manuelle Arbeiten.

Beim Gegenstand der DE-OS 35 33 063 handelt es sich im einzelnen um ein Regal- bzw. Lagersystem, welches als reine horizontale Ablagevorrichtung fungiert, die weder vorgesehen noch geeignet ist, mit einem Handhabungsautomaten, wie er eingangs beschrieben worden ist, zu kooperieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung sind den Ansprüchen 2-5 zu entnehmen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an der Werkzeug-Aufnahmevorrichtung - beidseitig der Aussparung und paarweise übereinander bzw. einander gegenüberliegend - Aufnahmetaschen für das Werkzeug befestigt, die mit Fixier­ laschen des Werkzeugs zusammenwirken.

Die Aufnahmetaschen bilden formschlüssige Halterungen für das aufzunehmende Werkzeug innerhalb des Ablagesystems. Hier­ bei dient eine Aufnahmetasche der Gewichtsaufnahme und eine zweite - in Verbindung mit der ersten - zur Aufnahme des Kipp­ moments. Durch die Anordnung je zweier Aufnahmetaschen statt langer Führungsaufnahmen vermag der Bewegungsablauf und so­ mit die Arbeitszeit bzw. Maschinenzeit des Handhabungsauto­ maten nicht unerheblich reduziert zu werden.

Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ge­ wichtsaufnahmesystems ist Anspruch 7 zu entnehmen.

Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dient des weiteren ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden ausführlich beschrieben ist. Es zeigt (jeweils in schematischer Darstellung):

Fig. 1 ein Ablagesystem eines flexiblen Handhabungs­ automaten, teils in Ansicht, teils im Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2, und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Werkzeugablage- bzw. -wechselsystem gehört zu einem flexiblen Handhabungsautomaten, der in bekannter Bauart ausgeführt sein kann und daher im einzelnen nicht gezeigt ist. Das Werkzeug-Wechselsystem weist ein mit Bezug auf den Handhabungsautomaten stationäres bzw. starres Halteteil auf, das aus zwei im Abstand voneinander parallel angeordneten vertikalen Säulen 10, 11 besteht. An dem Halteteil 10 ist eine insgesamt mit 12 bezeichnete Werk­ zeug-Aufnahmevorrichtung gegen Federwiderstand horizontal beweglich gelagert. Hierzu sind am Halteteil 10, 11 jeweils zwei paarweise im vertikalen Abstand zueinander angeordnete horizontale Führungen 13, 14 und 15, 16 vorgesehen. Die Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 ist im einzelnen als vertikal stehendes Plattenteil ausgebildet und weist eine Aussparung 17 für ein Werkzeug 18 auf, bei dem es sich z.B. um eine Schweißzange zur Durchführung von Schweißarbeiten an einer Kraftfahrzeug-Karosserie handeln kann.

Wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, sind an der den beiden Säulen 10, 11 des Halteteils zugewandten Innenfläche 19 des Plattenteils 12 insgesamt vier horizontal ausgerichtete Führungsbolzen 20, 21 und 22, 23 befestigt, die in den zu­ geordneten Führungen 13-16 des Halteteils 10, 11 geführt sind. Hierdurch wird eine horizontale Bewegung der Werkzeug-Auf­ nahmevorrichtung 12 ermöglicht. Zwischen der Innenfläche 19 der als Plattenteil ausgebildeten Werkzeug-Aufnahmevorrich­ tung 12 und dem Halteteil 10, 11 sind insgesamt vier Druck­ federn angeordnet, von denen in Fig. 2 zwei schematisch dar­ gestellt und mit 24 und 25 beziffert sind. Die Druckfedern 24 und 25 umgeben hierbei den jeweils zugeordneten Führungsbolzen 20 bzw. 23. Wie ferner aus Fig. 2 hervorgeht, sind vier weitere Druckfedern vorgesehen, und zwar jeweils zwischen dem rückseitig aus der jeweiligen Führung 13-16 herausragen­ den und mit einem Bund 26 versehenen Ende des betreffenden Führungsbolzens 20-23 und dem Halteteil 10, 11. Von diesen vier weiteren Druckfedern, die wiederum den jeweiligen Füh­ rungsbolzen 20-23 umgeben, sind in Fig. 2 zwei dargestellt und mit 27 bzw. 28 bezeichnet. Aufgrund der insgesamt acht Druckfedern (in Fig. 2 mit 24-28 beziffert) wird einer Horizontalbewegung (vgl. Doppelpfeil 29 in Fig. 2) der als Plattenteil ausgebildeten Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 jeweils ein Federwiderstand entgegengesetzt.

Zur lösbaren Halterung des Werkzeugs 18 an der Werkzeug- Aufnahmevorrichtung 12 besitzt diese - beidseitig der Aus­ sparung 17 und paarweise übereinander bzw. einander gegen­ überliegend - insgesamt vier Aufnahmetaschen 30-33, die mit entsprechend ausgestalteten Fixierlaschen 34-37 am Werkzeug 18 zusammenwirken (siehe insbesondere Fig. 1).

An den beiden unteren Aufnahmetaschen 30, 31 ist zugleich ein elastisches Gewichtsaufnahmesystem für das Werkzeug 18 vorgesehen. Hierzu ist jeweils in einem sich unterhalb der betreffenden Aufnahmetasche 30 bzw. 31 erstreckenden verti­ kalen zylindrischen Hohlraum 38 ein Kolben 39 angeordnet, der von unten her von einer Druckfeder 40 abgestützt wird. Eine von unten in den zylindrischen Hohlraum 38 eingeschraubte Verstellschraube 41 bildet das untere Widerlager für die Druckfeder 40. Durch die Verstellschraube 41, die durch eine Kontermutter 42 in ihrer jeweiligen Position fixierbar ist, kann die Vorspannung der Druckfeder 40 variiert werden.

Das Gewichtsaufnahmesystem 38-42 wirkt mit der horizontal verstellbaren Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 dergestalt zusammen, daß die unvermeidlichen Wiederholungsungenauigkei­ ten des Handhabungsautomaten bei der Ablage bzw. bei der Auf­ nahme des Werkzeugs ausgeglichen werden. Die Ablage des Werk­ zeugs 18 ist nun in Fig. 2 schematisch angedeutet: Hierzu führt der Handhabungsautomat zunächst eine Vertikalbewegung nach oben aus, deren Hublänge durch Pfeile 43 kenntlich ge­ macht ist: Anschließend erfolgt eine Horizontalbewegung des Handhabungsautomaten, deren Richtung und Länge durch Pfeile 44 angedeutet ist: Die dabei erreichte Ablageposition des Werk­ zeugs 18 ist in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet und durch 18′ bezeichnet. Die beschriebenen Bewegungen des Handhabungsauto­ maten werden anschließend in umgekehrter Reihenfolge durch­ geführt, bis die Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 schließlich wieder ihre in Fig. 2 in ausgezogenen Linien skizzierte "Nullage" einnimmt. Infolge der Horizontalbeweglichkeit der Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 sind - ausgehend von der "Nullage" - nach beiden Richtungen Ausgleichsbewegungen um den Kupplungshub a bzw. b möglich. Hierbei bezeichnet 12′ die Ablegeposition der Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12, d.h. die Stellung, in die die Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 nach Entkuppeln von dem Werkzeug 18 zurückkehrt. Mit 12′′ ist da­ gegen die Aufnahmeposition der Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 bezeichnet. Sie befindet sich in dieser Stellung also im angekuppelten Zustand mit dem Werkzeug 18. Zur Fixierung der genannten Positionen der Werkzeug-Aufnahmevorrichtung 12 kön­ nen die Führungsbolzen 20-23 jeweils in ihren Führungen 13-16 verriegelt werden.

Claims (7)

1. Flexibler Handhabungsautomat zur Bearbeitung von Werk­ stücken, insbesondere von Kraftfahrzeug-Karosserien, mit einem Werkzeugwechselsystem, das eine Ablage und Aufnahme von Werkzeugen in eine bzw. aus einer vertikalen Ablage­ vorrichtung ermöglicht, die funktionell in direktem Zu­ sammenhang mit dem Handhabungsautomaten steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugwechselsystem ein vertikal angeordnetes stationäres bzw. starres Halte­ teil (10, 11) aufweist, an dem eine ausgleichende Werk­ zeug-Aufnahmevorrichtung (12) gegen Federwiderstand (24, 25, 27, 28) horizontal verschiebbar gelagert ist, und daß an der Werkzeug-Aufnahmevorrichtung (12) Aufnahme- und Führungselemente (30-33), die mit entsprechenden Fixierelementen (34-37) am Werkzeug (18) zusammenwirken, angeordnet sind, und daß die Aufnahme- und Führungsele­ mente (30-33) mit einem elastischen Gewichtsaufnahme­ system (38-42) für das Werkzeug (18) kombiniert sind.

2. Flexibler Handhabungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halteteil zwei im Abstand voneinander parallel angeordnete vertikale Säulen (10, 11) mit je zwei paarweise im vertikalen Abstand zueinander angeordneten horizontalen Führungen (13, 14; 15, 16) für die ausgleichende Werkzeug-Aufnahmevorrichtung (12) vorgesehen sind.

3. Flexibler Handhabungsautomat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahmevor­ richtung (12) als vertikal stehendes Plattenteil mit einer Aussparung (17) für das Werkzeug (18) ausgebildet ist und daß an der dem Halteteil (10, 11) zugewandten Innenfläche (19) des Plattenteils (12) horizontal aus­ gerichtete Führungsbolzen (20-23) für die horizontale Bewegung der Werkzeugaufnahmevorrichtung (12) befestigt und in den zugeordneten Führungen (13-16) am Halteteil (10, 11) geführt sind.

4. Flexibler Handhabungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenfläche (19) des Plattenteils (12) und dem Halteteil (10, 11) einer­ seits und zwischen dem rückseitig aus der jeweiligen Führung (13-16) herausragenden und mit einem Bund (26) versehenen Ende jedes Führungsbolzens (20-23) und dem Halteteil (10, 11) andererseits jeweils Druckfedermittel (24, 25 bzw. 27, 28) angeordnet sind.

5. Flexibler Handhabungsautomat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbolzen (20-23) in den Führungen (13-16) am Halteteil (10, 11) verriegel­ bar sind.

6. Flexibler Handhabungsautomat nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Werkzeugaufnahmevor­ richtung (12) - beidseitig der Aussparung (17) und paar­ weise übereinander bzw. einander gegenüberliegend - Aufnahmetaschen (30-33) für das Werkzeug (18) befestigt sind, die mit Fixierlaschen (34-37) des Werkzeugs (18) zusammenwirken.

7. Flexibler Handhabungsautomat nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Gewichtsauf­ nahmesystem (38-42) unmittelbar den beiden unteren Auf­ nahmetaschen (34, 35) zugeordnet ist und aus jeweils einem vertikal verschieblich in der Werkzeug-Aufnahme­ vorrichtung (12) angeordneten, von unten druckfederge­ stützten Kolben (39) besteht, der mit seinem (freien) oberen Ende das in der betreffenden Aufnahmetasche (30 bzw. 31) befindliche Fixierelement (34 bzw. 35) des Werkzeugs (18) von unten her abstützt.