DE4315162A1 - Verfahren zum Abtasten eines mit einem Greifer zu erfassenden Gegenstandes mittels eines Strahles und Greifer zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten eines mit einem Greifer eines Roboters zu erfassenden Gegenstandes mit­ tels eines Strahles, der von einer ersten Backe des Greifers zu einer zweiten Backe des Greifers verläuft und bei einer Unterbrechung und/oder Freigabe durch den zu erfassenden Gegenstand ein Signal auslöst. Ferner betrifft die Erfindung einen Greifer zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Bei den bekannten Verfahren der eingangs genannten Art erfolgt die Abtastung des zu erfassenden Gegenstandes mittels eines Lichtstrahles oder mehrerer Lichtstrahlen ausschließlich in der Weise, daß die Lage des Gegenstandes ermittelt und dem­ entsprechend die Backen für das Erfassen des Gegenstandes positioniert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, das Greifern mit einem Abtaststrahl eine neue Einsatz­ möglichkeit eröffnet. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, vor dem Erfassen des Gegenstandes wenigstens ein Maß desselben zu kontrollie­ ren, um entscheiden zu können, ob der Gegenstand maßhaltig ist oder als Ausschuß zu behandeln ist, damit der Greifer den Gegenstand zur nächsten Arbeitsstation bringen oder aber aus dem weiteren Arbeitsprozeß aussondern kann. Hierdurch wird verhindert, daß der Fertigungsprozeß mit einem außerhalb der Toleranzgrenzen liegenden Gegenstand fortgeführt wird, was zu einer erheblichen Kostenersparnis führen kann. Man kann des­ halb darauf verzichten, den Gegenstand zuvor in eine Meß­ station zu bringen.

Die Maßkontrolle kann zwar auch dann ausgeführt werden, wenn die Bewegungsrichtung des Abtaststrahles nicht lotrecht zu den Flächen oder Kanten verläuft, deren Abstand voneinander das zu kontrollierende Maß definiert. Vorteilhafter ist es jedoch, die Backen während der Meßkontrollbewegung lotrecht zu den den Abstand definierenden Flächen oder Kanten und, soweit erfor­ derlich, im rechten Winkel zu dieser Richtung zu bewegen. Hin­ gegen werden zweckmäßigerweise nach Beendigung der Maßkon­ trollbewegung die Backen auf dem kürzesten Weg in die Greif­ position gebracht.

Selbstverständlich ist es möglich, vor Beginn der Maßkontroll­ bewegung mit Hilfe des Strahles die Position des zu ergreifen­ den Gegenstandes zu ermitteln.

Um zu verhindern, daß bei der Maßkontrollbewegung oder der Be­ wegung zur Ermittlung der Position des zu ergreifenden Gegen­ standes im Falle einer Kollision der Backen mit dem Gegenstand der Greifer einen Schaden erleidet, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform eine auf einer Kollision der Backen mit dem Gegenstand beruhende Bewegung der Backen oder einer sie tra­ genden Backenhalterung detektiert. Besonders vorteilhaft ist es, eine bei einer Kollision der Backen mit dem Gegenstand auftretende Kippbewegung einer Meßfläche des Greifers relativ zu einer Referenzfläche des Greifers zu detektieren, wobei auch eine Ermittlung der Kollisionsstelle möglich ist.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen Greifer zu schaffen, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Diese Aufgabe löst ein Greifer mit den Merkmalen des Anspruches 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen Greifers sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 15.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf das mit einem Roboterarm zu verbindende Ende eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Greifers,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 einen unvollständig dargestellten Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 1,

Fig. 6 einen unvollständig dargestellten Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 1,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines zu ergreifenden Gegen­ standes mit der Bewegungsbahn des Strahles des Greifers,

Fig. 8 einen Schnitt eines mit Hilfe des Gegenstandes gemäß Fig. 7 hergestellten Bauteils.

Ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Greifer, der an seinem einen Ende zum Zwecke des Ergreifens eines Gegenstandes 2 zwei be­ wegliche Backen 3 aufweist, ist an seinem den Backen 3 abge­ kehrten Ende mit einem Greiferarm verbindbar, von dem nur ein Rohrendabschnitt 4 dargestellt ist, auf den das Greiferende aufgeschoben und dann auf ihm festgeklemmt wird. Dieses Ende des Greifers 1 wird durch einen Flanschkörper 5 gebildet, mit dem gleichachsig ein erster Zwischenring 6 verschraubt ist.

Ein gleichachsig zum ersten Zwischenring 6 angeordneter zwei­ ter Zwischenring 7 ist über mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, vorgespannte Tellerfederpakete 8 am ersten Zwi­ schenring 6 abgestützt, wie Fig. 5 zeigt. Der zweite Zwischen­ ring 7 kann deshalb in jeder radialen Richtung eine Kippbewe­ gung relativ zum ersten Zwischenring 6 ausführen. Um diese Kippbewegung hinsichtlich Größe und Richtung erkennen zu kön­ nen, sind wenigstens drei, im Ausführungsbeispiel vier Nähe­ rungsschalter 9 im ersten Zwischenring 6 gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Diese Näherungsschalter 9 sind auf je einen gleichachsig angeordneten Schaltkörper 10 im zweiten Zwischenring 7 ausgerichtet. Im Ausführungsbeispiel werden die Schaltkörper 10 durch je einen Gewindebolzen gebildet. Durch ein Verdrehen dieser Gewindebolzen kann die Schaltschwelle des zugeordneten Näherungsschalters 9 justiert werden.

Zwischen dem ersten Zwischenring 6 und dem zweiten Zwischen­ ring 7 ist ein Zwischenraum vorhanden, in dem eine Leiter­ platte 11 angeordnet ist, welche die Verdrahtung der Nähe­ rungsschalter 9 ersetzende Leiterbahnen aufweist.

An den zweiten Zwischenring 7 schließt sich gleichachsig ein Zylinder 12 an, der mit dem zweiten Zwischenring 7 verschraubt ist. In diesem Zylinder 12 ist ein Ringkolben 13 längsver­ schiebbar angeordnet, der konzentrisch eine hohlzylindrische Kolbenstange 14 umgibt und mit dieser in axialer Richtung formschlüssig verbunden ist. Der Arbeitsraum 15 ist, wie Fig. 6 zeigt, über Bohrungen im Zylinder 12 an eine Druckmittel­ leitung 16 angeschlossen, welche durch die Zwischenringe 6 und 7 sowie den Flanschkörper 5 hindurch zum Roboterarm geführt ist. Auch die elektrischen Leitungen liegen in diesem Kanal, wie Fig. 6 ebenfalls zeigt.

An das den Backen 3 zugekehrte Ende der Kolbenstange 14 schließt sich ein Spreizkeil 17 an, mittels dessen die beiden Backen 3 voneinander wegbewegt werden können.

Die beiden stabförmigen Backen 3 sind parallel zueinander an­ geordnet und mit der einen bzw. anderen Hälfte der Backenhal­ terung 18 verbunden. Diese beiden Hälften der Backenhalterung 18 bilden eine zentral angeordnete, im Querschnitt rechteck­ förmige Vertiefung 19, in welche der Spreizkeil 17 eintauchen kann, dessen Keilwinkel etwa 90° beträgt, so daß keine Selbst­ hemmung auftreten kann. Da die Backen 3 relativ zueinander nur eine geradlinige Bewegung quer zu ihrer Längserstreckung aus­ führen dürfen, sind die beiden Hälften der Backenhalterung 18 unter Verwendung von je zwei Kugelbuchsen 20 auf zwei im Ab­ stand nebeneinander angeordneten Führungsstäben 21 gelagert, die auf halber Länge in je einer Verbindungswange 22 festge­ legt sind, welche in axialer Richtung von dem der Backenhalte­ rung 18 zugekehrten Stirnseite des Zylinders 12 abstehen.

Wie Fig. 4 zeigt, liegen die beiden Führungsstäbe 21 zwischen zwei parallel zu ihnen angeordneten, vorgespannten Schrauben­ zugfedern 23. Gegen die Kraft dieser Schraubenzugfedern 23 muß der Spreizkeil 17 die beiden Backen 3 auseinanderschieben, wenn diese gespreizt werden sollen. Die Kraft der Schraubenzugfedern 23 ist nicht nur so groß gewählt, daß ein sicheres Festhalten des erfaßten Gegenstandes 2 gewährleistet ist, sondern auch so groß, daß der Ringkolben 13 zurückgeschoben werden kann, wenn der Arbeitsraum 15 druckfrei ist.

Beide Backen 3 sind, wie insbesondere die Fig. 2 und 4 zeigen, mit einer mittig angeordneten Längsbohrung 24 versehen, die im Abstand vom freien Ende der Backe endet. In dieser Längsboh­ rung 24 der einen Backe 3 ist ein Sender 25 angeordnet, der einen in Längsrichtung der Backe 3 verlaufenden und gegen deren freies Ende gerichteten Lichtstrahl 26 aussendet. In der Längsbohrung 24 der anderen Backe 3 ist ein Empfänger 27 für den Lichtstrahl 26 angeordnet. Sowohl an die stirnseitige Emissionsfläche des Senders 25 als auch die stirnseitige Empfangsfläche des Empfängers 27 schließt sich ein Längskanal 28 an, den eine bezüglich der Längserstreckung der Backe 3 um 45° geneigte Reflexionsfläche 29 abschließt. Der vom Sender 25 ausgehende Lichtstrahl 26 fällt auf die Reflexionsfläche 29 der den Sender 25 tragenden Backe 3, wird dann quer zur Längs­ erstreckung der Backen 3 gegen die andere Reflexionsfläche 29 umgelenkt und von dieser auf die Empfangsfläche des Empfängers 27 gerichtet.

Wie Fig. 2 zeigt, begrenzen die beiden Reflexionsflächen 29 zusammen mit den ebenen Stirnseiten der beiden Backen 3 zwei gegeneinander weisende und parallel zueinander liegende Greif­ kanten 30.

Wenn beispielsweise bei dem Gegenstand 2, der mittels des Greifers erfaßt und zur nächsten Arbeitsstation gebracht wer­ den soll, die axiale Länge eines zylindrischen Mittelabschnit­ tes 31 einen bestimmten Wert nicht überschreiten und unter­ schreiten darf, ist es vor allem dann wichtig, die nicht maß­ haltigen Gegenstände 2 auszusondern, wenn am Ende des gesamten Fertigungsprozesses der nicht maßhaltige Gegenstand 2 nicht mehr oder nicht mehr ohne weiteres ausgetauscht werden kann. Nach einer gegebenenfalls vorausgehenden Ermittlung der Posi­ tion des Gegenstandes 2, an dessen Mittelabschnitt 31 im Aus­ führungsbeispiel einerseits ein Flansch 32 mit größerem Durch­ messer als der Mittelabschnitt 31 und andererseits ein Niet­ zapfen 33 mit kleinerem Durchmesser als der Mittelabschnitt 31 anschließen, wird zunächst mit Hilfe des Greifers 1 die axiale Länge des Mittelabschnitts 31 kontrolliert. Hierzu werden die Backen 3 so weit gespreizt, daß sie im Abstand von der Längs­ achse des Gegenstandes 2 sowohl dessen Mittelabschnitt 31 als auch dessen Flansch 32 zwischen sich aufnehmen können. Dabei werden zunächst die beiden Backen 3 des Greifers 1 parallel zur Längsachse des Gegenstandes 2 so bewegt, daß der zwischen den beiden Reflexionsflächen 29 verlaufende Abschnitt des Lichtstrahles 26 am Nietzapfen 33 vorbeibewegt wird, wie dies die in Fig. 7 angegebene Spurlinie 34 zeigt. Beim Erreichen der dem Flansch 32 abgekehrten Stirnfläche 31′ des Mittelab­ schnitts 31 wird der Lichtstrahl unterbrochen, wodurch ein erstes Signal erzeugt wird. Die beiden Backen 3 werden dann noch ein kurzes Stück parallel zur Längsachse des Gegenstandes 2 bewegt. Hieran schließt sich eine Bewegung in radialer Richtung bezüglich der Längsachse des Gegenstandes 2 an, bis der Lichtstrahl wieder vom Mittelabschnitt 31 freigegeben worden ist. Nun folgt, wie Fig. 7 zeigt, wieder eine Bewegung parallel zur Längsachse des Gegenstandes 2, wobei der Abstand des Lichtstrahles von der Längsmittelachse des Gegenstandes 2 kleiner ist als die Hälfte des Außendurchmessers des Flansches 32. Bei der weiteren Bewegung der Backen 3 wird deshalb der Lichtstrahl 26 vom Flansch 32 unterbrochen, wodurch ein zwei­ tes Signal erzeugt wird. Aus der in der Meßrichtung, also parallel zur Längsachse des Gegenstandes 2 erfolgten Bewegung des Greifers 1 zwischen den beiden von der Lichtschranke er­ zeugten Signalen kann die axiale Länge des Mittelabschnittes 31 bestimmt werden, welche dann mit dem Sollwert verglichen wird. Liegt der Istwert innerhalb des Sollwertbereiches, wird der Gegenstand 2 zur nächsten Arbeitsstation transportiert. Andernfalls wird er ausgesondert.

Für das Erfassen des Gegenstandes 2 müssen zunächst die beiden Backen 3 in die Greifposition gebracht werden. Hierzu wird zweckmäßigerweise vom Ende der Maßkontrollbewegung aus der kürzeste Weg eingeschlagen, wie Fig. 7 zeigt.

In der nächsten Arbeitsstation wird im Ausführungsbeispiel über den Mittelabschnitt 31 des Gegenstandes 2 ein Bauteil 35 geschoben, das mit einer korrespondierenden Bohrung versehen ist und drehbar sowie mit einem vorgegebenen axialen Spiel auf dem Mittelabschnitt 31 gelagert sein soll. Danach wird eine Platte 30 in Anlage an die den Nietzapfen 33 tragende Stirn­ fläche des Mittelabschnittes 31 gebracht, die mit einer Bohrung für den Durchtritt des Nietzapfens 33 versehen ist. Letzterer wird dann vernietet.

Selbstverständlich könnte auch die axiale Länge des Nietzap­ fens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kontrolliert werden, wobei sich an diese Maßkontrollbewegung unmittelbar die Maß­ kontrollbewegung für die axiale Länge des Mittelabschnittes 31 anschließen könnte. Die axiale Länge des Nietzapfens 33 kann aber auch in der Nietmaschine gemäß dem in der DE 37 15 905 C2 beschriebenen Verfahren kontrolliert werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Abtasten eines mit einem Greifer eines Robo­ ters zu erfassenden Gegenstandes mittels eines Strahles, der von einer ersten Backe des Greifers zu einer zweiten Backe des Greifers verläuft und bei einer Unterbrechung und/oder Freigabe durch den zu erfassenden Gegenstand ein Signal auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Kontrolle eines Maßes des Gegenstandes, das durch den Ab­ stand zweier Flächen oder Kanten voneinander definiert ist, die Backen auf einer Bahn am Gegenstand vorbeibewegt wer­ den, die wenigstens eine Komponente in Richtung des Abstan­ des der beiden Flächen oder Kanten hat und zu einer Unter­ brechung oder Freigabe des Strahles an diesen Flächen oder Kanten führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen während der Maßkontrollbewegung lotrecht zu den den Abstand definierenden Flächen oder Kanten und, soweit er­ forderlich, im rechten Winkel zu dieser Richtung bewegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen nach Beendigung der Maßkontrollbewegung auf dem kürzesten Weg in die Greiferposition bewegt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Backen vor der Maßkontrollbewegung in einer eine Erkennung der Position des zu erfassenden Gegen­ standes gestattenden Bahn bewegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine auf einer Kollision der Backen mit dem Gegenstand beruhende Bewegung detektiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung einer bei einer Kollision der Backen mit dem Ge­ genstand auftretenden Kippbewegung einer Meßfläche relativ zu einer Referenzfläche des Greifers detektiert und hin­ sichtlich der Position der Kollisionsstelle ausgewertet wird.

7. Greifer zur Durchführung wenigstens eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit zwei relativ zu­ einander bewegbaren Backen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die beiden Backen (3) über eine in Richtung ihrer Schließrichtung verlaufende Geradführung (20, 21) mit einer Backenhalterung (18) des Greifers (1) verbunden sind,
• b) in der einen Backe (3) ein Sender (25) mit einer Rich­ tung des von ihm ausgehenden Strahls (26) quer zur Schließrichtung und gegen das freie Ende der Backe (3) sowie eine Strahlreflexionsfläche (29) vorgesehen ist, welche den Stahl (26) im Bereich des freien Endes dieser Backe (3) in die Schließrichtung gegen die andere Backe (3) hin umlenkt, und
• c) in der anderen Backe (3) ein Empfänger (27) für den Strahl (26) angeordnet ist, auf den der Strahl (26) nach einer Umlenkung um 90° an einer Reflexionsfläche (29) dieser Backe (3) gerichtet ist.

8. Greifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradführung (20, 21) zwei Führungsstangen (21) aufweist, auf denen je eine Kugelhülse (20) jeder Backe (3) angeord­ net ist, und daß an den Backen (3) wenigstens eine parallel zu den Führungsstangen (21) liegende, vorgespannte Schließ­ feder (23) angreift.

9. Greifer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Strahlreflexionsflächen (29) zusammen mit der Stirnfläche am freien Ende der zugehörigen Backe (3) ein keilförmiges Greifelement begrenzt.

10. Greifer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch einen mittels eines Kolbens (13) zwischen die beiden der Backenhalterung (18) zugewandten Endabschnitte der Backen (3) einführbaren Spreizkeil (17).

11. Greifer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) einfach wirkend ausgebildet ist und der Keil­ winkel des Spreizkeils (17) außerhalb des Selbsthemmungs­ bereiches liegt.

12. Greifer nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Backenhalterung (18) in allen Richtungen entgegen einer Rückstellkraft kippbar mit einem Greifer­ endabschnitt (5) verbunden ist und daß am einen der beiden relativ zueinander kippbaren Teile des Greifers (1) wenig­ stens drei um die Längsachse des Greifers (1) gleichmäßig verteilt angeordnete Abstandssensoren (9) und am anderen Teil in entsprechender Position Sensorflächen (10) vorge­ sehen sind, welche eine Referenzfläche bzw. eine Meßfläche definieren.

13. Greifer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (9) als Näherungsschalter ausgebildet sind und jede Sensorfläche durch die Stirnfläche eines hinsichtlich seines Abstandes vom zugeordneten Näherungs­ schalter (9) justierbaren Schaltkörper (10) gebildet ist.

14. Greifer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenhalterung (18) und der Greiferendabschnitt über vorgespannte Schraubendruckfedern (8) aufeinan­ der abgestützt sind, welche gleichmäßig um die Längsachse des Greifers (1) herum verteilt angeordnet sind.

15. Greifer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Backenhalterung (18) und dem Greiferendabschnitt (5, 6) eine Leiterplatte (11) an­ geordnet ist, welche die Verdrahtung der Abstandssensoren (9) ersetzende Leiterbahnen aufweist.