DE4111889A1 - Handhabungsvorrichtung in portalbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung in Portalbauweise mit im kartesischen Koordinaten-System in x- und y-Richtungen verlaufenden Linearantrieben, wobei an einem in y-Richtung verfahrbaren Kraftabnehmerschlitten des Linearantriebs der in x-Richtung Verlaufende Linearantrieb befestigt ist oder umgekehrt, und mit an einem Linearantrieb angeordnetem, in z-Richtung betätigbaren Werkzeug, das in bezug auf eine Arbeitsfläche an- und wegstellbar bzw. drehbar ist.

Derartige Handhabungsvorrichtungen dienen als sog. industrielle Roboter, z. B. in der Montagetechnik, zum Bestücken von Leiterplatten für elektronische Schaltungen. Das einen Gegenstand von einer Ausgangsstation in eine Sollstation transportierende Werkzeug muß diesen Gegenstand nicht nur schnell, sondern vor allem auch genau in die Sollstation transportieren. Besondere Eigenschaften solcher kartesischer Handhabungsvorrichtungen in Portalbauweise sind daher schnelle Arbeitsweise, Genauigkeit und eine gewisse Zugänglichkeit zu den auf der Arbeitsfläche befindlichen Objekten.

Die Schnelligkeit solcher Vorrichtungen, d. h. die Erhöhung der Taktzeiten, kann nur durch geringere Verfahrgewichte der bewegbaren Vorrichtungsbaugruppen, also des Kraftabnehmerschlittens, bzw. durch Verringerung des Baugewichts der Linearantriebe gesteigert werden. Die Genauigkeit (Toleranzen) wird einerseits durch entsprechende Steuerungen und andererseits durch eine zuverlässige Führung in den Linearantrieben bestimmt. Durch die Portalbauweise kann über die im kartesischen System bewegten Linearantriebe eine gewisse Unzugänglichkeit entstehen, die nachteilig ist. Es ist ein industrieller Roboter mit in dem kartesischen Koordinaten-System betätigbaren Linearantrieben bekannt (EP-B1-01 11 565), dessen Linearantriebe nach einem uneinheitlichen System zusammengebaut sind. So befindet sich an dem x-Linearantrieb an einer Seitenplatte des Kraftabnehmerschlittens eine auskragende Stütze, auf der der y-Linearantrieb gelagert ist. Eine solche Handhabungsvorrichtung baut jedoch schwer und hoch und gestattet keine Vereinheitlichung der Zuordnungs-Bauteile zwischen den Linearantrieben. Nachteilig ist außerdem, daß pro Linearantrieb in x- und y-Richtung nur ein einziges Werkzeug in z-Richtung vorhanden sein kann. Die Linearantriebe sind daher nur mit mäßiger Geschwindigkeit, mit mittelmäßiger Genauigkeit und daher nur mit relativ niedrigen Taktzeiten zu betreiben.

Es ist außerdem eine Portalanordnung bekannt (DE-36 29 367-C2), bei der die Portalträger als Führungen in y-Richtung ausgebildet sind, so daß eine nicht ganz verkantungsfreie Parallelführung notwendig ist. Zwischen den Parallelführungen ist eine in z-Richtung verlaufende Senkrechtführung vorgesehen, die an einer die Parallelseiten verbindende x-Führung gelagert ist. Durch eine Stromschiene bedingt, ist nur ein elektrischer Antrieb in den x-y-z-Richtungen möglich.

Derartige Handhabungsvorrichtungen sind somit für die Bestückungstechnik, Montagetechnik, in der eine hohe Anzahl von Bauteilen pro Zeiteinheit verarbeitet werden muß, wenig geeignet.

Dem Gegenstand des Anspruchs 1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung zu schaffen, die möglichst große Arbeitsräume bei möglichst geringen Auslegerlängen schafft und die die Voraussetzungen für kürzere Taktzeiten bei vermindertem Verfahrgewicht der Linearantriebe aufweist, einen besser zugänglichen Arbeitsraum besitzt und in der Lage ist, ggf. mehr als einen Werkzeugkopf aufzunehmen.

Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs bezeichneten Handhabungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an jeweils einem angetriebenen Kraftabnehmerschlitten eines Linearantriebs, der in x-Richtung verfahrbar ist, jeweils ein in y-Richtung verlaufender Linearantrieb mit seinem Antriebsgehäuse an der Unterseite eines x-Linearantriebs befestigt ist und daß an diesem in y-Richtung verlaufenden Linearantrieb bzw. an dessen Kraftabnehmerschlitten zumindest ein sich in z-Richtung erstreckender Werkzeughalter angeordnet ist. Durch eine solche Übereinanderanordnung eines x-Antriebs über dem Antriebsgehäuse eines y-Antriebs, wird der Weg freigemacht, in y-Richtung mehrere Linearantriebe vorzusehen, so daß auch mehrere Werkzeughalter ohne Störung in x-Richtung angeordnet werden können. Kurze Taktzeiten (hohe Dynamik) werden hierbei durch Einsparung an Gewicht von Befestigungsteilen erzielt, und bei entsprechender Höhenanordnung des y-Linearantriebs ist eine verbesserte Zugänglichkeit in bezug auf die Arbeitsfläche gegeben. Außerdem ist eine große Steifigkeit auch bei größeren Arbeitsräumen gewährleistet.

Die Zugänglichkeit der Arbeitsfläche kann noch dadurch optimal gestaltet werden, indem zumindest zwei parallel angeordnete Linearantriebe, die in x-Richtung verlaufen, auf jeweils einem Querholm von an den Enden der Arbeitsfläche angeordneten Portalrahmen befestigt sind. Da die x-Linearantriebe in Höhe der Querholme der Portalrahmen liegen können, wird unterhalb der Querholme nur noch ein Raum für die y-Linearantriebe benötigt, so daß die Arbeitsfläche besonders leicht zugänglich wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Werkzeughalter an den in y-Richtung verlaufenden Linearantrieben jeweils an vertikalen Seitenflächen des im Querschnitt rechteckigen Linearantriebsgehäuses verlaufend angeordnet sind. Es ist daher möglich, auf beiden Seiten des rechteckigen Linearantriebs-Gehäuses einen Werkzeughalter vorzusehen.

Eine weitergehende Gewichtsersparnis und damit eine Erhöhung der Taktfrequenz wird außerdem dadurch erreicht, daß die Linearantriebe jeweils aus servopneumatisch betätigbaren Antrieben bestehen.

Derartige servopneumatisch betätigbare Antriebe können besonders gewichtssparend und für hohe Taktfrequenzen sowie für große Hublängen dahingehend ausgebildet sein, daß der servopneumatisch betätigbare Linearantrieb einen Kolben aufweist, der mittels beidendig befestigtem, abgedichtet aus einem Zylinderraum heraus- und über beidendig angeordnete Umlenkrollen geführtem und an dem Kraftabnehmerschlitten befestigtem Zugband betätigbar ist. Derartige Zugbänder sind für hohe Lebensdauer biegewechselbeanspruchungsfähig und können außerdem für höhere Drücke im Bereich von 10 bar abgedichtet aus dem Zylinderraum herausgeführt werden.

Die Genauigkeit der Führung wird außerdem dadurch gesteigert, daß der in y-Richtung verlaufende Linearantrieb über eine Lagerplatte mit dem Kraftabnehmerschlitten und mit einem Führungsschlitten der beiden in x-Richtung verlaufenden Linearantriebe verbunden ist.

Vorteilhafterweise sind bei zwei parallelen Linearantrieben Kraftabnehmerschlitten und Führungsschlitten über Kreuz angeordnet und erhöhen damit die Genauigkeit der Führung.

In Ausgestaltung der Erfindung ist noch vorgesehen, daß nur einer der beiden Kraftabnehmerschlitten angetrieben ist und beide jeweils auf einem Längsprofil des Linearantriebs geführt sind. Auch diese Maßnahme trägt zur Genauigkeit der Führung und insbesondere zur Parallelführung bei.

Die Handhabungsvorrichtung ist in einer einzigen Perspektivischen Darstellung gezeigt.

Ausgehend von dem kartesischen Koordinaten-System x-y-z verlaufen Linearantriebe 1 und 2 in x-Richtung. Es kann auch nur einer der Linearantriebe 1 oder 2 vorhanden sein. Die Linearantriebe 1 und 2 selbst bestehen aus Kolben-Zylinder-Einheiten, z. B. aus kolbenstangenlosen Arbeitszylindern, aus pneumatisch bzw. Servopneumatischen Steuerungen, aus einem elektrischen Gleich- oder Wechsel strom-Antrieb als Linearmotore und sind hierbei mit Getriebevariationen, wie z. B. einem umlaufenden Zahnriemen, einem feststehenden Zahnriemen, einer Zahnstange oder einer Spindel gebildet.

Jeder Linearantrieb 1 und 2 weist einen Kraftabnehmerschlitten 3 auf, der als Träger und Antrieb für einen in y-Richtung verlaufenden Linearantrieb 4 oder 5 dient, wobei ein y-Linearantrieb 4 bzw. 5 außerdem noch einen Werkzeughalter 6 trägt, der gegen eine Arbeitsfläche 7 an- und wegstellbar oder auch zusätzlich oder separat drehbar ist.

Eine Verbindung von x-Linearantrieben 1 bzw. 2 mit y-Linearantrieben 4 bzw. 5 erfolgt über jeweils einen angetriebenen Kraftabnehmerschlitten 3, wobei ein Antriebsgehäuse 8 mittels durchgehender Schrauben 9 und 10 verbunden ist. An einem weiteren Kraftabnehmerschlitten 11 ist der sich in z-Richtung erstreckende Werkzeughalter 6 angeordnet.

Der Werkzeughalter 6 besteht hier aus einem durch ein Druckmedium angetriebenen und gesteuerten Oberteil 12 mit Medienanschlüssen 13 und aus einem teleskopartig am Oberteil 12 geführten Unterteil 14, das ebenfalls mit mehreren Medienanschlüssen 15 ausgestattet ist. An dem an- und wegstellbaren bzw. drehbaren Schaft 16 sind im Ausführungsbeispiel Saugnäpfe 17 eingesetzt. Es ist einfach, für andere benötigte Greifer geeignete Werkzeuge zu schaffen, die jeweils an das zu verarbeitende Werkstück angepaßt sind.

Die Werkzeuge 6 und die y-Linearantriebe 4 bzw. 5 werden durch die x-Linearantriebe 1 bzw. 2 auf jeweils einem Querholm 18 abgestützt. Jedem Ende 19 der Arbeitsfläche 7 ist ein Portalrahmen 20 mit derartigen Querholmen 18 zugeordnet.

Es ist besonders vorteilhaft, als y-Linearantriebe 4 und 5 jeweils übereinander angeordnete Parallel-Linearachsen 21 vorzusehen, von denen sich eine im Antriebsgehäuse 8 und die andere darunter befindet. Jede Parallel-Linearachse 21, die zusammen mit dem Linearantriebsgehäuse 8 einen Rechteckquerschnitt 22 bildet, besitzt dadurch vertikale Seitenflächen 23, an denen in y-Richtung die Kraftabnehmerschlitten 11 verlaufen.

Für die gezeichnete Ausführungsform eignen sich servopneumatische Linearantriebe 1, 2, 4 und 5, bzw. für die Linearachse 21 eignen sich Antriebe mit einem Kolben 24, der über ein beidendig befestigtes Zugband 27, das abgedichtet aus einem Zylinderraum 25 herausgeführt und über an den Zylinderköpfen 28 angeordnete Umlenkrollen 26 umgelenkt ist, mit dem Kraftabnehmerschlitten 3 verbunden ist. Die Zylinderköpfe 28 weisen entweder nach oben gerichtete Medienanschlüsse 29 auf (y-Linearantriebe 1 bzw. 2) oder nach der Seite gerichtete Medienanschlüsse 29 (y-Linearantriebe 4 bzw. 5). Dasselbe gilt für die Parallel-Linearachsen 21. Die Zylinderköpfe 28 sind jeweils mittels Winkelstücken 30 auf den Querholmen 18 befestigt.

Eine Besonderheit ergibt sich für die x-Linearantriebe 1 und 2. Diese können zusätzliche Führungsschlitten 31 aufweisen, die nicht angetrieben sind und bei den beiden x-Linearantrieben 1 und 2 jeweils auf die Position des gegenüberliegenden Kraftabnehmerschlittens 3 eingestellt sind. Hierzu sitzen jeweils ein Kraftabnehmerschlitten 3 und ein Führungsschlitten 31 auf einer gemeinsamen Lagerplatte 32 und sind über die Schrauben 9 und 10 mit dem y-Linearantrieb 4 bzw. 5 mit dem jeweiligen Antriebsgehäuse 8 verbunden. Sowohl Kraftabnehmerschlitten 3 als auch der Führungsschlitten 31 ist jeweils auf einem Längsprofil 33 des Linearantriebs 1 und 2 geführt.

Claims (7)

1. Handhabungsvorrichtung in Portalbauweise mit im kartesischen Koordinaten-System in x- und y-Richtungen verlaufenden Linearantrieben, wobei an einem in y-Richtung verfahrbaren Kraftabnehmerschlitten des Linearantriebs der in x-Richtung verlaufende Linearantrieb befestigt ist oder umgekehrt, und mit an einem Linearantrieb angeordnetem, in z-Richtung betätigbaren Werkzeug, das in bezug auf eine Arbeitsfläche an- und wegstellbar bzw. drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jeweils einem angetriebenen Kraftabnehmerschlitten (3) eines Linearantriebs (1; 2), der in x-Richtung verfahrbar ist, jeweils ein in y-Richtung verlaufender Linearantrieb (4; 5) mit seinem Antriebsgehäuse (8) an der Unterseite eines x-Linearantriebs befestigt ist und daß an diesem in y-Richtung verlaufenden Linearantrieb (4; 5) bzw. an dessen Kraftabnehmerschlitten (11) zumindest ein sich in z-Richtung erstreckender Werkzeughalter (6) angeordnet ist.

2. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei parallel angeordnete Linearantriebe (1; 2), die in x-Richtung verlaufen, auf jeweils einem Querholm, (18) von an den Enden (19) der Arbeitsfläche (7) angeordneten Portalrahmen (20) befestigt sind.

3. Handhabungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalter an den in y-Richtung verlaufenden Linearantrieben (4; 5) jeweils an vertikalen Seitenflächen (23) des im Querschnitt rechteckigen Linearantriebs-Gehäuses (8) verlaufend angeordnet sind.

4. Handhabungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe (1; 2, 4; 5) jeweils aus servopneumatisch betätigbaren Antrieben bestehen.

5. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der servopneumatisch betätigbare Linearantrieb (1; 2; 4; 5) einen Kolben (24) aufweist, der mittels beidendig befestigtem, abgedichtet aus einem Zylinderraum (25) heraus- und über beidendig angeordnete Umlenkrollen (26) geführtem und an dem Kraftabnehmerschlitten (3) befestigten Zugband (27) betätigbar ist.

6. Handhabungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in y-Richtung verlaufende Linearantrieb (4; 5) über jeweils eine Lagerplatte (32) mit dem Kraftabnehmerschlitten (3) und mit einem Führungsschlitten, (31) der beiden in x-Richtung verlaufenden Linearantriebe (1; 2) verbunden ist.

7. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur einer der beiden Kraftabnehmerschlitten (3) angetrieben ist und beide jeweils auf einem Längsprofil (33) des Linearantriebs (1; 2) geführt sind.