DE60111838T2

DE60111838T2 - Mit luft angetriebene tragevorrichtung für ein bewegliches arbeitsorgan

Info

Publication number: DE60111838T2
Application number: DE60111838T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Labbe
Original assignee: ORG EUROPEENE DE RECH; Organisation Europeenne Pour La Recherche Nucleaire (cern)
Current assignee: ORG EUROPEENE DE RECH; Organisation Europeenne Pour La Recherche Nucleaire (cern)
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: FR2807686A1; FR2807686B1; DE60111838D1; EP1274539A1; EP1274539B1; AU2001252329A1; ATE299069T1; WO2001078944A1; ES2245688T3; DK1274539T3; PT1274539E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an Vorrichtungen zum Tragen eines abnehmbaren Arbeitsorgans durch pneumatischen Ansaugeffekt.
Es sind zahlreiche Ausgestaltungen solcher Vorrichtungen bekannt, die es erlauben, eine Vielfalt von austauschbaren, auf einem Werkzeugträger montierbaren und fest mit diesem durch pneumatischen Effekt verbundenen Werkzeugen zu verwenden, z.B. aus dem Dokument JP 01 216 785 A .
Ein erheblicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen beruht darin, dass sie nicht eingerichtet sind, um eine vertikale Positioniergenauigkeit des Arbeitsorgans von besser als 1 Mikrometer zu erreichen.
Ein anderer Nachteil liegt darin, dass diese bekannten Vorrichtungen eingerichtet sind, um Werkzeuge eines gleichen Satzes (z.B. mit diversen Durchmessern oder Breiten) oder Werkzeuge mit verwandten Funktionen (z.B. Werkzeuge zum Materialabtrag) zu tragen. Jedoch ist keine dieser bekannten Vorrichtungen eingerichtet, um Arbeitsorgane mit sehr unterschiedlichen Funktionen aufzunehmen, mit denen nach Bedarf z.B. das Ende eines Manipulatorarms ausgestattet werden kann und die ggf. ihrer seits eine Funktion unter Ausnutzung eines pneumatischen Effekts ausführen können.
Ein anderer Nachteil der bekannten Vorrichtungen liegt darin, dass sie für vorgegebene Geräte ausgelegt sind, für die und in Abhängigkeit von deren Eigenschaften sie strukturell konstruiert sind und in denen sie häufig strukturell eingebaut sind.
Ziel der Erfindung ist daher, eine pneumatische Tragevorrichtung für ein abnehmbares Arbeitsorgan anzugeben, die universeller als die gegenwärtig bekannten Vorrichtungen ist, d.h., die eingerichtet ist, um nicht nur ursprünglich dafür vorgesehene Geräte auszustatten, die Arbeitsorgane mit sehr unterschiedlichen Funktionen aufnehmen kann, darunter Werkzeuge, die ihrerseits einen pneumatischen Effekt anwenden, und die eine sehr hohe Positioniergenauigkeit des Arbeitswerkzeugs, insbesondere in vertikaler Richtung, aufweist.
Zu diesen Zwecken umfasst eine pneumatische Tragevorrichtung für ein abnehmbares Arbeitsorgan, die erfindungsgemäß eingerichtet ist:

a) einen Kopfträger, welcher umfasst: – ein an einem Träger befestigbares Fußstück, – einen Schwimmer, der in einer zentralen axialen Bohrung des Fußstücks aufgenommen ist, in der er eine durch Endanschlagmittel begrenzte axiale Bewegungsfreiheit hat, wobei der Schwimmer mit wenigstens einer axialen Leitung versehen ist, die an eine pneumatische Druckquelle angeschlossen ist und auf eine Stirnseite des Schwimmers mündet, – eine in eine Stirnseite des Fußstücks eingetiefte Ringnut, die die Bohrung umgibt und an eine Vakuumquelle anschließbar ist;
b) einen austauschbaren Kopf, welcher umfasst: – einen Körper mit einer Stirnseite, die eingerichtet ist, um mit der Stirnseite des Fußstücks des Kopfträgers zusammenzuwirken, und in der eine ringförmige Andrückzone entsprechend der Ringnut des Fußstücks des Kopfträgers vorgesehen ist, – eine Nadel, die in einer zentralen axialen Bohrung des Körpers aufgenommen ist und eine begrenzte axiale Bewegungsfreiheit in der Bohrung hat, wobei die Nadel in im wesentlichen koaxialer Entsprechung zu dem Schwimmer angeordnet ist, – ein von der Nadel getragenes Arbeitsorgan und – elastische Aufhängungsmittel, die zwischen der Nadel und/oder dem Arbeitsorgan einerseits und dem Körper andererseits angeordnet sind und in der Lage sind, eine axiale Verschiebung der Nadel und des Arbeitsorgans zuzulassen, ihre Querverschiebung aber zu verhindern;
c) erste ringförmige Dichtungsmittel, die zwischen dem Schwimmer und der Nadel angeordnet und von dem Schwimmer und/oder der Nadel getragen sind,
d) zweite ringförmige Dichtungsmittel, die zwischen dem Fußstück des Kopfträgers und dem Körper des Kopfes angeordnet sind, beiderseits der Nut platziert sind und von dem Fußstück und/oder dem Kopf getragen sind; und
e) Zentriermittel, die von dem Kopfträger und/oder dem Kopf getragen sind, um den Kopf koaxial zum Kopfträger zu positionieren, wenn er pneumatisch an letzteren gekoppelt ist.

Dank der oben genannten Vorkehrungen verfügt man über eine pneumatische Tragevorrichtung eines austauschbaren Arbeitswerkzeugs, die an einem Gerät leicht montierbar ist: das Fußstück des Kopfträgers kann nämlich ausgebildet sein, um an die strukturelle Morphologie eines bestimmten Geräts leicht anpassbar zu sein, um an diesem befestigt zu werden; insbesondere kann dieses Fußstück einen Bereich aufweisen, der eine Befestigungsplatine bildet, und es ist dann allein die Geometrie dieser Befestigungsplatine, die an das Gerät angepasst werden muss, während der Rest des Fußstücks unverändert bleibt. Es ist außerdem absolut denkbar, diese Befestigungsplatine in Form eines vom Rest des Fußstücks getrennten Teils auszubilden, das nach Bedarf in Abhängigkeit von dem auszustattenden Gerät bearbeitet wird und am Rest des Fußstücks z.B. durch Verschraubung befestigbar ist. Unter diesen Umständen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur neu konstruierte Geräte ausstatten, sondern sie kann durch eine angemessene Anpassung des Fußstücks, insbesondere desjenigen Bereichs des Fußstücks, der die Befestigungsplatine bildet, an bereits im Dienst befindliche Geräte angepasst werden; außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung montierbar an hierfür nicht ursprünglich vorgesehenen Geräten.
Außerdem ist die Vorrichtung mit einem doppelten pneumatischen Kreis versehen, wobei ein Kreis zur Befestigung des abnehmbaren Kopfes an dem Kopfträger dient und der andere, dem Schwimmer des Kopfträgers zugeordnete Kreis für den Fall verfügbar ist, wo das Arbeitsorgan ausgelegt ist, einen pneumatischen Effekt einzusetzen.
Vorzugsweise sind in dieser Vorrichtung elektrische Kontaktmittel in der zentralen Bohrung des Fußstücks vorgesehen, die eingerichtet sind, um von dem Schwimmer betätigt zu werden, wenn die von dem Schwimmer, der Nadel und dem Arbeitsorgan gebildete Anordnung beim Inkontaktkommen des Arbeitsorgans mit einem Hindernis axial zurückgeschoben wird. Auf diese Weise kann man eine sehr große Betriebssicherheit und eine sehr hohe Positioniergenauigkeit, vor Allem in der Vertikalen, des Arbeitsorgans erreichen. Insbesondere ist denkbar, dass die elektrischen Kontaktmittel in Form einer Membran oder mehrerer paralleler verformbarer Membranen mit elektrisch leitenden Flächen gebildet sind, die durch den Schwimmer verschiebbar sind, um miteinander in Kontakt zu kommen, wenn das Arbeitsorgan mit einer Arbeitsoberfläche in Kontakt kommt; so kann man eine Verschiebungsabbruchsteuerungsfunktion (Wegendefunktion) etablieren, ggf., durch Vervielfachung der zweiten Membran, in Verbindung mit anderen Funktionen wie etwa einer Funktion der Unterbrechung der elektrischen Versorgung zweiter Ebene (Sicherheit), wenn die oben erwähnte Funktion nicht ausgelöst worden ist.
Wenn das Arbeitsorgan in eine in Bezug auf die Oberfläche, mit der es zusammenwirken muss, definierte Position orientiert werden können soll, ist es wünschenswert, Mittel zum gegenseitigen Winkelpositionieren des Kopfträgers und des austauschbaren Kopfes vorzusehen.
Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge umfassen die elastischen Aufhängungsmittel ein Blatt aus einem nicht dehnbaren Material, das eine relative Querverformbarkeit aufweist und zwischen dem Körper des Kopfs einerseits und der Nadel und/oder dem Arbeitsorgan andererseits gespannt ist; insbesondere ist es nützlich, dass die elastischen Aufhängungsmittel durch ein Blatt aus nicht dehnbarem synthetischem Material gebildet sind, das eine relative Querverformbarkeit aufweist, wie etwa die unter den Bezeichnungen Kevlon oder Mylar bekannten, die leicht sind und in Form von sehr dünnen Bändern oder Blättern vorliegen können, dabei aber eine gute mechanische Festigkeit aufweisen.
Bei einer sehr interessanten Ausgestaltung ist das Arbeitsorgan ein Objekt-Greiforgan, das eine Greifplatine, die fest mit dem Ende der Nadel verbunden ist, wenigstens einen Saugnapf, der an der Unterseite der Platine angebracht ist, und wenigstens einen Kanal in der Platine zum Verbinden des Saugnapfs mit der Nadel umfasst; in diesem Fall kann die Platine vorteilhafter Weise eine Platte sein, deren Form der Form und den Abmessungen des zu verschiebenden Objekts entspricht und die an ihrer Unterseite eine Vielzahl von durch jeweilige Kanäle mit der Nadel verbundenen Saugnäpfen aufweist. In diesem Zusammenhang kann eine Vielzahl von Objekt-Greiforganen vorgesehen werden, die alle in ihrer strukturellen und funktionellen Konzeption gleich sind, die sich aber unterscheiden durch die Form ihrer Platine, die an die Form des zu ergreifenden und zu verschiebenden Objekts angepasst ist, und/oder durch die Abmessungen, die in Beziehung mit den Abmessungen und dem Gewicht des zu ergreifenden und zu verschiebenden Objekts stehen, und/oder durch die Anzahl von Saugnäpfen, die in Beziehung mit der Abmessung der Platine (und damit den Abmessungen des Objekts) und dem Gewicht des zu ergreifenden Objekts steht.
Bei einem anderen möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Arbeitsorgan ein mechanischer Kontaktfinger sein, der die Nadel abschließt, wodurch die Vorrichtung, z.B. gekoppelt an Wegbestimmungsmittel, es ermöglicht, eine Abmessung eines Werkstücks wie etwa dessen Dicke (axiales Maß) oder dessen Länge/Breite oder den Durchmesser einer Bohrung zu messen. Die Abmessungs-Messfunktion wird ermöglicht durch die Verwendung von elektrischen Kontaktmitteln, die entweder dem Schwimmer zugeordnet oder in dem austauschbaren Kopf enthalten sind und deren Konzeption z.B. in Form von mechanisch verformbaren Membranen mit leitfähigen Oberflächen eine sehr hohe Empfindlichkeit ermöglicht und Messungen von Abmessungen in Mikrometergenauigkeit erlaubt.
Einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zufolge kann das Arbeitsorgan eine zum Abgeben eines fließfähigen Produkts geeignete Spritze sein. Einer konkreten Ausgestaltung zufolge umfasst ein solches Arbeitsorgan

– ein schwebendes Hilfs-Fußstück, das mit dem Fußstück des Kopfträgers seitlich von diesem mechanisch fest verbunden ist, wobei das Hilfs-Fußstück eine an eine pneumatische Druckquelle anschließbare Leitung umfasst,
– einen Hilfskörper, der mit dem Körper des austauschbaren Kopfs seitlich von diesem mechanisch fest verbunden ist, wobei der Hilfskörper eine in den oberen Bereich der Spritze mündende Leitung umfasst, und
– Dichtungsmittel zum Gewährleisten der dichten Verbindung zwischen der Leitung des Hilfs-Fußstücks und der Leitung des Hilfskörpers, wenn Hilfs-Fußstück und Hilfskörper zusammengefügt sind.

So ist es möglich, die Verdrängung eines in der Spritze enthaltenen fließfähigen Produkts pneumatisch zu steuern. Es ist dann wünschenswert, dass das schwebende Hilfs-Fußstück ferner eine an eine Vakuumquelle anschließbare Leitung aufweist, und dass der Hilfskörper gegenüber der Öffnung der Vakuumleitung des Hilfs-Fußstücks einen dichten Anschlag für diese Öffnung aufweist, so dass der Hilfskörper mit dem Hilfs-Fußstück durch Vakuumeffekt zur gleichen Zeit fest verbunden ist, wie der Körper des Kopfs es mit dem Fußstück des Kopfträgers ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist von großer Vielseitigkeit in der Anwendung, da zahlreiche Arbeitsorgane im Zusammenhang mit der oben angegebenen Grundstruktur konstruiert werden können.
Um die Vorstellungen zu konkretisieren, kann die Vorrichtung z.B. angewandt werden für die Handhabung von Siliziumplatten großer Abmessungen. Diese sehr dünnen Platten sind extrem zerbrechlich und ihre Handhabung von Hand oder mit Hilfe einer Zange würde zu ihrem Zerbrechen führen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann diesen Nachteil beheben und ermöglicht es, installiert am Ende eines Manipulatorarms (wobei die Operationen in einem geschlossenen Behälter ablaufen) und in Zuordnung zu einer Sammlung von Arbeitsorganen diverser Typen, die Verschiebung der Siliziumplatten, das Ankleben eines Aufnahmeträgers, die genaue Platzierung der Siliziumplatte auf diesem Träger und ihre Halterung bis zur Aushärtung des Klebers, das Aneinanderfügen von zwei oder mehreren Siliziumplatten auf dem Träger mit einer Positioniergenauigkeit in der Größenordnung eines Zehntel Mikrometers und deren Klebung etc. zu gewährleisten.
Außerdem ist es möglich, die diversen Bauelemente anzupassen, um Vorrichtungen zu realisieren, die geeignet sind, sehr leichte Objekte in der Größenordnung von einem Gramm oder weniger zu greifen, genauso wie Vorrichtungen, die geeignet sind, sehr schwere Objekte von mehreren Tonnen zu greifen.
Die Erfindung ist besser zu verstehen anhand der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung von bestimmten Ausführungsbeispielen, die lediglich als nicht einschränkende Beispiele angegeben werden. In dieser Bezeichnung wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 und 2 eine Ausgestaltung einer Vorrichtung, die erfindungsgemäß eingerichtet ist, um eine Funktion des Greifens eines Objekts zu gewährleisten, wobei diese Vorrichtung jeweils in zwei Positionen, einer Nichtbetriebsposition und einer Betriebsposition, gezeigt ist;
3, im Schnitt, einen erfindungsgemäß eingerichteten Kopf für eine axiale Längenmessung (Dickenmessung);
4, im Schnitt, einen erfindungsgemäß eingerichteten Kopf für axiale und transversale Längenmessungen; und
5, im Schnitt, eine Ausgestaltung einer Vorrichtung, die erfindungsgemäß eingerichtet ist, um eine Verteilungsfunktion eines fließfähigen Produkts auf pneumatischem Wege zu gewährleisten.
Mit Bezug zunächst insbesondere auf 1 sowie 2 umfasst eine erfindungsgemäß eingerichtete Vorrichtung im wesentlichen einen Kopfträger 1 und einen austauschbaren Kopf 2.
Der Kopfträger 1 umfasst ein an einem (nicht dargestellten) Träger wie etwa einem beweglichen Gerät (Wagen, Manipulatorarm, Säule oder dgl.) befestigbares Fußstück 3. Das Fußstück 3 umfasst in seinem oberen Bereich Befestigungsmittel 4, die ausgelegt sind, um seine Montage und Befestigung an dem Träger zu gewährleisten, und diese Befestigungsmittel 4 können an spezifische Träger angepasst sein, um die Universalität der Anwendung der Vorrichtung zu erweitern. In dem gezeigten Beispiel sind die Befestigungsmittel 4 einfach Löcher, die geeignet sind, Befestigungsschrauben oder Nieten aufzunehmen, doch können sie auch anders eingerichtet sein (Positionierschultern, Führungsfinger für die Montage, ...).
Außerdem stellt man fest, dass die Befestigungsmittel 14 in einem oberen Bereich des Fußstücks vorgesehen sind, das die Form einer Befestigungsplatine 5 hat. Die Anpassung des Fußstücks an die diversen Träger, die es aufnehmen können, besteht im wesent lichen in der Anpassung dieser Befestigungsplatte 5, der Rest des Fußstücks und des Kopfträgers können unverändert bleiben. Um die Modalitäten dieser Anpassungen zu vereinfachen, könnte man vorsehen, die Befestigungsplatine 5 in Form eines unabhängigen Teils zu realisieren, das an dem übrigen Bereich des Fußstücks 3 befestigbar ist.
Das Fußstück 3 ist durchsetzt von einer zentralen axialen Bohrung 6, in der ein freier Körper oder Schwimmer 7 aufgenommen ist, der zu einer durch Endanschlagmittel wie 8 (radial in die Bohrung vorspringende untere Kante) oder 9 (an die obere Öffnung der Bohrung angefügter Ring) beschränkten axialen Bewegung in der Lage ist.
Der Schwimmer 7 ist durchsetzt von einer axialen Leitung 10, die nach unten axial auf die Unterseite des Schwimmers und in der dargestellten Ausgestaltung an ihrem anderen Ende auf die Seitenwand des Schwimmers mündet, wo sie ein Verbindungsrohr 11 zu einer Quelle von Pneumatikfluid unter Druck (Überdruck, Druckgleichgewicht oder Unterdruck je nach Betriebsphasen) aufnimmt. Um dem Rohr 11 eine Möglichkeit der freien Bewegung zu lassen, ist das Fußstück an diesem Ort zu einem vertikal ausgedehnten Langloch 12 ausgehöhlt.
Um die Öffnung der Leitung 10 herum ist die Unterseite des Schwimmers 7 mit einer zusammendrückbaren ringförmigen Dichtung 13 ausgestattet, die teilwei se über die Stirnseite oder Unterseite 14 des Fußstücks 3 vorspringt.
Schließlich ist das Fußstück 3 mit einer in seine Stirnseite 14 eingetieften Ringnut 15 versehen, die die Bohrung 6 umgibt. Diese Nut 15 kann der Peripherie der Stirnseite 14 des Fußstücks folgen und deren Form übernehmen (z.B. kreisrund, wenn das Fußstück ein Rotationskörper ist, oder viereckig, wenn das Fußstück quadratisch oder rechteckig ist).
An ein oder mehreren Stellen der Nut 15 münden jeweils ein oder mehrere Kanäle 16, die durch Rohre 17 mit einer (nicht gezeigten) Vakuumquelle verbunden sind.
Beiderseits der Nut 15 ist die Stirnseite 14 des Fußstücks jeweils mit zwei zusammendrückbaren Ringdichtungen 18 ausgestattet, die über die Seite 14 teilweise überstehen.
Damit der austauschbare Kopf 2 koaxial zum Kopfträger angefügt wird, sind Mittel 19 zum gegenseitigen koaxialen Positionieren vorgesehen. Zu diesem Zweck kann man auf einfache Weise in der Nut 15 einen kreisrunden Ring 20 vorsehen, der eine bestimmte Zahl (z.B. drei oder vier) von teilweise nach unten überstehenden Kugeln 21 hält. In diesem Fall belegt der Ring 20 nicht das gesamte Volumen der Nut, um eine Kommunikation mit dem oder den Kanälen 16 zur Anwendung des Vakuums zuzulassen.
Seinerseits weist der austauschbare Kopf 2 einen Körper 22 mit einer Oberseite oder Stirnseite 23 auf, die geeignet ist, mit der Stirnseite 14 des Fußstücks 3 des Kopfträgers 1 zusammenzuwirken. Zu diesem Zweck ist die Stirnseite 23 des Körpers 22 in Form und Abmessung identisch zur Stirnseite 14 des Fußstücks 3 geformt. Außerdem umfasst sie eine ringförmige Auflagezone, die der Nut 15 des Fußstücks 3 gegenüberliegt und geformt ist, um die Dichtungen 18 dicht aufzunehmen, so dass zwischen den einander gegenüber liegenden Stirnseiten 14 und23 ein kreisrunder dichter Raum definiert ist, in dem das Vakuum hergestellt wird (siehe 2), und der Kopf 2 an den Kopfträger 1 unter der Wirkung dieses Vakuums angefügt wird.
Um die erforderliche koaxiale Positionierung des Kopfes 2 und des Kopfträgers 1 zu gewährleisten, ist die Stirnseite 23 des Körpers 22 entsprechend eingerichtet. Im betrachteten Beispiel einer Positionierung durch Kugeln weist diese Stirnseite 23 eine Ringnut 24 auf, die die Kugeln 21 aufnimmt. Um die Herstellung des Körpers 22 zu vereinfachen, kann man eine Ringnut 25 vorsehen, die in die Seite 23 gegenüber der Nut 15 des Fußstücks 3 eingetieft ist; in der Nut 25 ist ein Ring 26 angeordnet, der wiederum mit der Nut 24 zum Aufnehmen der Kugeln versehen ist.
Der Körper 2 ist mit einer zentralen axialen Bohrung 27 versehen, in der axial frei gleitbeweglich ein rohrförmiges bewegliches Teil angeordnet ist, das im folgenden als rohrförmige Nadel 28 bezeichnet wird. Die rohrförmige Nadel 28 ist koaxial zum Schwimmer 7 des Fußstücks 3 angeordnet, wenn der Kopf 2 an den Kopfträger 1 angefügt ist (siehe 2), und ihre zentrale Aussparung 29 fluchtet dann mit der axialen Leitung 10 des Schwimmers 7.
Die Führung und die Begrenzung der Axialbewegung der Nadel 28 in der Bohrung 27 sind durch die folgenden Mittel erreicht.
In ihrem oberen Bereich wirkt eine Aufweitung oder ein Kragen 30 (evtl. in Form eines angefügten Teils) der Nadel frei mit einer entsprechenden Aufweitung 31 der Bohrung zusammen.
In ihrem unteren Bereich sind elastische Aufhängungsmittel 32 zwischen der Nadel 28 (oder einem fest mit ihr verbundenen Organ) und dem Körper 22 angeordnet. Diese elastischen Aufhängungsmittel 32 sind geeignet, um die axiale Bewegung der Nadel 28 zuzulassen, deren radiale Bewegung aber zu verhindern. Wie in 1 gezeigt, können die elastischen Aufhängungsmittel 32 zu diesem Zweck vorteilhaft in Form eines dünnen Blattes ausgebildet sein, das an seinen Rändern fest einerseits mit der Nadel oder einem mit dieser fest verbundenen Organ und andererseits mit dem Körper 22 verbunden ist. Dieses dünne Blatt, das eine elastische Membran bildet, kann z.B. aus Stahl oder vorzugsweise aus einem mechanisch widerstandsfähigen synthetischen Material wie etwa den unter den Bezeichnungen Kevlon, Mylar oder dgl. vertriebenen bestehen.
An ihrem über den Körper 22 vorstehenden unteren Ende ist die Nadel 28 fest mit einem Arbeitsorgan 33 verbunden, dessen Aufbau durch seine Funktion festgelegt ist.
In dem Beispiel der 1 und 2 ist das Arbeitsorgan 33 ein Objekt-Greiforgan, das eine fest mit dem Ende der Nadel 28 verbundene Platine 34 umfasst, wobei ein oder mehrere Saugnäpfe 35 an der Unterseite der Platine 34 angeordnet sind und ein Netz von Kanälen 39 sich in der Platine 34 erstreckt, um jeden Saugnapf 35 an die zentrale Ausnehmung 29 der rohrförmigen Nadel 28 anzuschließen. Die Abmessungen und die Form der Platine 34 sowie die Zahl und die Verteilung der Saugnäpfe 35 sind abhängig von dem Objekt, das gegriffen und verschoben werden soll.
In diesem Anordnungsbeispiel ist die elastische Aufhängungsmembran 32 zwischen dem Körper 22 und der Platine 34 angeordnet.
Es versteht sich, dass alle Dichtungsorgane (Dichtungen 13 und 18) und Koaxialpositionierungsorgane (Teile 19, 20, 21, 24, 25, 26) indifferent am Kopfträger 1 oder am Kopf 2 angeordnet sein können.
Für bestimmte Anwendungen kann es notwendig sein, dass der Kopf sich in einer festgelegten Winkelpo sition in Bezug auf das mit der Vorrichtung ausgestattete Gerät und damit mit Bezug auf den Kopfträger befindet. In diesem Fall werden Mittel zur gegenseitigen Winkelpositionierung oder Codierung am Kopf und am Kopfträger vorgesehen. Es kann sich auf einfache Weise um ein oder mehrere in (nicht dargestellten) Führungsbohrungen aufgenommene Finger handeln. Es kann sich auch einfach um Zentrierkugeln 21 handeln, die in den Ausnehmungen 24 aufgenommen sind, die dann nicht mehr in Form einer Ringnut, sondern in Form von auf dem Umfang des Rings 26 verteilten Näpfen ausgebildet sind.
Wenn der Kopf 2 und der Kopfträger 1 zusammengefügt sind (2), sind die Nadel 28 und der Schwimmer 7 fest miteinander verbunden, und das Pneumatikfluid (Unterdruck zum Greifen und Verschieben des Objekts mit Hilfe der Platine und der Saugnäpfe 35; Druckausgleich oder Überdrück zum Absetzen des Objekts) wird über die Leitung 10 des Schwimmers und die Ausnehmung 29 der rohrförmigen Nadel 28 übertragen, die dicht kommunizieren.
Die Nadel 28, mit der das Arbeitsorgan 33 fest verbunden ist, und der Schwimmer 7 bilden eine feste Anordnung, die zu einer durch die elastische Membran 32 elastisch rückgestellten Axialbewegung in der Lage ist. Das Bringen des Arbeitsorgans 33 in Kontakt mit dem zu greifenden Objekt erfolgt so ohne Stoß, und ein zerbrechliches Objekt (wie eine Siliziumscheibe von großen Abmessungen) läuft nicht Gefahr, beschädigt oder zerbrochen zu werden.
Außerdem ist es möglich, das geringfügige axiale Zurückweichen der beweglichen Anordnung, wenn diese in Kontakt mit dem zu greifenden Objekt kommt, zu nutzen, um automatisch den Halt der Bewegung des die Vorrichtung tragenden Geräts zu steuern. Zu diesem Zweck kann man dem Schwimmer 7, insbesondere seiner Unterseite (oder Oberseite) 36 gegenüberliegend, einen Wegende-Abschalter oder eine als Wegende-Abschalter fungierende Anordnung zuordnen.
In Anbetracht der geringen Bewegungsamplituden des beweglichen Aufbaus kann man gegenüber der Rückseite 36 des Schwimmers 7 eine flexible Membran 37 mit einer partiell oder total metallisierten Oberfläche vorsehen, die über einen elektrischen Draht 38 mit Mitteln zum Steuern der Verschiebung des Geräts (nicht dargestellt) verbunden ist. Der Zwischenraum zwischen der Seite 36 des ruhenden Schwimmers 7 und der metallisierten Seite der Membran 37 kann sehr klein sein, z.B. in der Größenordnung eines Mikrometers, was diesem Kontaktsystem eine sehr hohe Empfindlichkeit verleit.
Außerdem können mehrere Membranen mit metallisierten Flächen nacheinander vorgesehen werden, um Sicherungen zu schaffen, z.B. wenn das Inkontakttreten des Schwimmers mit der ersten Membran nicht zum Halt der Abwärtsbewegung der mit dem zu greifenden Objekt in Kontakt getretenen Vorrichtung geführt hat.
Man kann auch die Membran oder bestimmte Membranen einen geeigneten Messaufnehmer (z.B. einen Hall-Messaufnehmer) tragen lassen, der in der Lage ist, ein Signal zu liefern, sobald der Schwimmer 7 in Kontakt mit der Membran tritt.
Diese große Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann genutzt werden, um Längenmessungen vertikal (z.B. der Dicke eines Werkstücks) und/oder transversal (z.B. Messung eines Bohrungsdurchmessers) durchzuführen, indem ein Kopf von geeigneter Gestalt verwendet wird.
Mit Bezug auf 3 ist der Kopf 2₁ in seiner Gesamtheit in gleicher Weise wie der Kopf 2 der 1 und 2 eingerichtet (gleiche Bezugszeichen werden beibehalten, um identische Teile und Bereiche zu bezeichnen), mit der Ausnahme, dass die Platine 34 und die Nadel 28 hier massiv sein können (Fehlen der Kanäle 39 und der zentralen Ausnehmung 29). An der Unterseite der Platine 34 ist axial ein nach unten gerichteter Kontaktfinger 40 angeordnet. Ein spitzer Finger wie der in 3 gezeigte Finger 40 kann vertikal in Kontakt mit einem darunter liegenden Werkstück gebracht werden und erlaubt es so, eine Dickenmessung an diesem auf einer Referenzplatte platzierten Werkstück durchzuführen. Die Erfassung des Inkontakttretens des Fingers 40 mit dem darunter liegenden Werkstück kann unter den oben angegebenen Bedingungen durch die dem Schwimmer 7 zugeordnete Membran 37 gewährleistet werden.
Die Ausgestaltung der 4 ist, obwohl sie nicht von den Ansprüchen abgedeckt ist, nützlich zum Verständnis der Erfindung. Diese Ausgestaltung ist vorgesehen, um nicht nur vertikale Messungen (insbesondere Dickenmessungen), sondern auch transversale Messungen (Messungen von Länge/Breite, Bohrungsdurchmesser,...) durchzuführen. Zu diesem Zweck ist der Kopf 2₂ mit einem Finger 41 ausgestattet, der in einen voluminösen Abschluss wie etwa eine sphärische Kugel 42 ausläuft.
Damit der Finger 41 sowohl vertikal als auch transversal aktiv sein kann, ist der Körper 22 in massiver Form mit wie der Körper 22 des Korpus 2 (1 und 2) eingerichteter Oberseite 22 ausgeführt. Intern hat der Körper 22 einen axialen Hohlraum 51, in dem ein peripher in diesem Hohlraum befestigter kreisrunder Ring 52 zwei Membranen trägt:

– eine erste Membran 32 ist zwischen dem Finger 41 und dem Ring 52 (und damit dem mit ihm fest verbundenen Körper 22) angeordnet und bildet die elastischen Aufhängungsmittel, die geeignet sind, um eine Vertikalbewegung des Fingers 41 zuzulassen, dessen axiale Verschiebung aber zu verhindern; wie man sieht, ist aufgrund der Art seiner Aufhängung der Finger 41 in der Lage, leicht zu kippen, wenn die Kugel 42 in Kontakt mit einem Hindernis kommt;
– eine parallel zu der Membran 32 angeordnete zweite Membran 37 ist hinter ersterer an dem Ring 52 befestigt; die Membran 37 ist an ihrer Unterseite mit elektrischen Kontakten 53, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können (z.B. sind in 4 ein zentraler Einzelkontakt und ein kreisrunder peripherer Kontakt gezeigt) ausgestattet; die Kontakte 53 sind zusammen oder einzeln mit einem äußeren Signalaufnehmer (nicht dargestellt) über ein elektrisches Kabel 54 verbunden.

Schließlich ist der Finger 41 geformt oder so ausgestattet, dass er einen zwischen den zwei Membranen befindlichen scheibenförmigen Bereich 55 aufweist, wobei der scheibenförmige Bereich 55 mit elektrischen Kontakten 56 gegenüber denjenigen der zweiten Membran 37 (hier ein zentraler Kontakt und ein peripherer kreisrunder Kontakt) ausgestattet ist.
In 5 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kopfträgers und eines austauschbaren Kopfes gezeigt, die aufbauend auf dem grundlegenden Kopf und Träger der 1 und 2 entwickelt sind. In diesem Beispiel ist das Arbeitsorgan eine Spritze 43, die eingerichtet ist, um ein fließfähiges Produkt (z.B. Klebstoff) zu verteilen.
Zu diesem Zweck ist der Körper der Spritze 44 (der vertikal angeordnet ist und nach unten durch die Verteilernadel 45 abschließt) fest mit der Platine 34 verbunden, die ihrerseits mit der Nadel 28 fest verbunden ist. Die Nadel 28 ist hier in massiver Form ausgeführt.
Ansonsten sind der Kopfträger 1₃ und der Kopf 2₃ eingerichtet wie in den 1 und 2 gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen beibehalten werden, um identische Organe zu bezeichnen.
Um die Verteilung des fließfähigen Produkts zu gewährleisten, werden pneumatische Mittel verwendet. Die Platine 34 umfasst einen Hilfskörper 46, der eine seitliche Erweiterung (nach links in 5) bildet, welche einen Kanal 47 enthält, der einerseits in den Körper 44 der Spritze in dessen oberem Bereich und andererseits auf die Oberseite der Erweiterung 46 mündet.
Das Fußstück 3 des Kopfträgers 1 seinerseits ist gegenüber der Erweiterung 46 ausgestattet mit einem schwebenden Hilfs-Fußstück 48, das eine doppelte pneumatische Anschlussvorrichtung bildet, die an ihrer Unterseite mit torischen Dichtungen 57, 58 ausgestattet sind, die notwendig sind, um die Dichtigkeit der Verwendungen zu der Oberseite des Hilfskörpers 46 des Kopfs 2₃ zu gewährleisten. Das schwebende Hilfs-Fußstück 48 ist von zwei Kanälen durchsetzt, wobei der eine 49 gegenüber dem oben erwähnten Kanal 47 des Hilfskörpers 46 mündet und dazu dient, ein Druckfluid zum Spritzenkörper 44 zu befördern, um aus diesem das fließfähige Produkt auszutreiben, und der andere 50 gegenüber der massiven Seite des Hilfskörpers 46 mündet und an eine Vakuumquelle angeschlossen ist. Wenn der Kopf 2₃ an den Kopfträger 1₃ wie oben mit Bezug auf 2 angegeben gekoppelt ist, ist der Hilfskörper 46 gegen das Hilfs-Fußstück 48 unter der Wirkung des durch den Kanal 50 beförderten Vakuums angedrückt, und die Kanäle 49 und 47 sind dicht verbunden, um die Spritze 43 zu steuern.
Ein so eingerichtetes Arbeitsorgan erlaubt es, ein fließfähiges Produkt wie etwa Klebstoff mit großer Genauigkeit sowohl hinsichtlich der Menge des verteilten Produkts als auch der Sequenzierung dieser Verteilung und der Platzierung, an der das Produkt abgesetzt wird, zu verteilen.
Es ist zu betonen, dass die vertikal flexible Montierung der Spritze 43 (über die Membran 32) es erlaubt, mit Hilfe des der Membran 37 zugeordneten Kontaktschalters eine vertikale Positionsreferenz herzustellen. Diese Anordnung ist wichtig, weil sie es ermöglicht, Toleranzen (Schwankungen von mehreren Zehntel Millimetern) der Länge der Spritzen eines gleichen Typs zu berücksichtigen. Außerdem ist es durch Verwenden einer Anordnung von der Trägermembran 32 zugeordneten Kontaktschaltern wie dem in 4 gezeigten auch möglich, eine x-, y-Referenzierung in einer horizontalen Ebene zu erreichen, was zu einer sehr hohen Zuverlässigkeit der Positionierung des Endes der Nadel 45 der Spritze 43 führt.
Außerdem könnten andere schwebende Organe an die Vorrichtung angefügt und dabei parallel zur Achse (d.h. parallel zum erwähnten schwebenden Fußstück 48) oder radial ausgerichtet sein, um andere Hilfs funktionen zu gewährleisten (z.B. elektrischer Kontakt zum Steuern eines angepassten elektrischen Geräts wie etwa eines Bohrers, eines Heizkörpers (Schweißen/Löten), zum Heranführen eines Heißluftstroms, etc.). Im Fall eines drehbaren Systems (z.B. Bohren) wären Positionieranschläge vorzusehen.
Selbstverständlich können im Rahmen der vorliegenden Erfindung andere Arbeitsorgane in Kombination mit der über die Membran 32 am Körper 22 des Kopfs aufgehängten Platine 34 entwickelt werden.
Hier soll festgehalten werden, dass die Nadel 28, unabhängig vom Typ des ihr zugeordneten Arbeitsorgans, auch als Anschlag dient. Z.B. verhindert in der in 1 und 2 dargestellten Konfiguration beim Greifen eines mehr oder weniger schweren Werkstücks die Nadel 28 dank ihrer Erweiterung oder ihres Kragens 30, der sich auf die Aufweitung 31 der Bohrung abstützt, eine übermäßige Abwärtsbewegung der Platine 34 unter dem Einfluss des von ihr getragenen Gewichts und verhindert so die Zerstörung der die Platine 34 positionierenden Membran 32.

Claims

Pneumatische Tragevorrichtung für ein abnehmbares Arbeitsorgan, mit einem Kopfträger (1, 1₃ ) und einem austauschbaren Kopf (2, 2₁ , 2₂ , 23), dadurch gekennzeichnet, dass a) der Kopfträger (1, 1₃ ) umfasst: – ein an einem Träger befestigbares Fußstück (3), – einen Schwimmer (7), der in einer zentralen axialen Bohrung (6) des Fußstücks (3) aufgenommen ist, in der er eine durch Endanschlagmittel (8, 9) begrenzte axiale Bewegungsfreiheit hat, wobei der Schwimmer (7) mit wenigstens einer axialen Leitung (10) versehen ist, die an eine pneumatische Druckquelle angeschlossen ist und auf eine Stirnseite des Schwimmers mündet, – eine in eine Stirnseite (14) des Fußstücks (3) eingetiefte Ringnut (15), die die Bohrung (6) umgibt und an eine Vakuumquelle anschließbar ist; b) der austauschbare Kopf (2, 2₁ , 2₂ , 2₃ ) umfasst: – einen Körper (22) mit einer Stirnseite (23), die eingerichtet ist, um mit der Stirnseite (14) des Fußstücks (3) des Kopfträgers (1, 1₃ ) zusammenzuwirken, und in der eine ringförmige Zone entsprechend der Ringnut (15) des Fußstücks (3) des Kopfträgers vorgesehen ist, – eine Nadel (28), die in einer zentralen axialen Bohrung (27) des Körpers (22) aufgenommen ist und eine begrenzte axiale Bewegungsfreiheit in der Bohrung hat, wobei die Nadel (28) in im wesentlichen koaxialer Entsprechung zu dem Schwimmer (7) angeordnet ist, – ein von der Nadel (28) getragenes Arbeitsorgan (33–35; 40; 41; 42; 43) und – elastische Aufhängungsmittel (32), die zwischen der Nadel und/oder dem Arbeitsorgan einerseits und dem Körper andererseits angeordnet sind und in der Lage sind, eine axiale Verschiebung der Nadel und des Arbeitsorgans zuzulassen, ihre Querverschiebung aber zu verhindern; c) erste ringförmige Dichtungsmittel (13) zwischen dem Schwimmer (7) und der Nadel (28) angeordnet und von dem Schwimmer und/oder der Nadel getragen sind; d) zweite ringförmige Dichtungsmittel (18) zwischen dem Fußstück (3) des Kopfträgers und dem Körper (22) des Kopfes angeordnet sind, beiderseits der Nut platziert und von dem Fußstück und/oder dem Körper getragen sind; und e) Zentriermittel (19, 24) von dem Kopfträger und/oder dem Kopf getragen sind, um den Kopf koaxial zum Kopfträger zu positionieren, wenn er pneumatisch an letzteren gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Kontaktmittel (36, 37) in der zentralen Bohrung des Fußstücks vorgesehen sind, die eingerichtet sind, um von dem Schwimmer (7) betätigt zu werden, wenn die von dem Schwimmer, der Nadel und dem Arbeitsorgan gebildete Anordnung beim Anschlagen des Arbeitsorgans gegen ein Hindernis axial zurückgeschoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktmittel (36, 37) mehrere aufeinanderfolgende, der Reihe nach durch den Schwimmer betätigbare Kontakte umfassen.
Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Mittel (21, 24) zum gegenseitigen Winkelpositionieren des Kopfträgers und des austauschbaren Kopfes umfasst.
Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Aufhängungsmittel ein Blatt aus einem nicht dehnbaren Material umfassen, das eine relative Querverformbarkeit aufweist und zwischen dem Körper (22) des Kopf einerseits und der Nadel und/oder dem Arbeitsorgan andererseits gespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Aufhängungsmittel durch ein Blatt (32) aus synthetischem nicht dehnbaren Material gebildet sind, das eine relative Querverformbarkeit aufweist.
Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsorgan ein Objekt-Greiforgan (33) ist, das eine Greifplatine (34), die fest mit dem rohrförmig ausgebildeten Ende der Nadel (28) verbunden ist, wenigstens einen Saugnapf (35), der an der Unterseite der Platine (34) angebracht ist, und wenigstens einen Kanal (39) in der Platine zum Verbinden des Saugnapfs (35) mit der Nadel (28) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifplatine (34) eine Platte ist, deren Form mit der Form des zu bewegenden Objekts übereinstimmt und die an ihrer Unterseite eine Vielzahl von Saugnäpfen (35) aufweist, die mit der Nadel durch jeweilige Kanäle (39) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitorgan ein die Nadel abschließender me chanischer Kontaktfinger (40; 41; 42) ist, wodurch es die Vorrichtung, gekoppelt an eine Wegmesseinrichtung, erlaubt, die Dicke eines Werkstücks zu messen.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsorgan eine zum Abgeben eines fließfähigen Produkts geeignete Spritze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – ein schwebendes Hilfs-Fußstück (48), das mit dem Fußstück (3) des Kopfträgers seitlich von diesem mechanisch fest verbunden ist, wobei das Hilfs-Fußstück (48) eine an eine pneumatische Druckquelle anschließbare Leitung (49) umfasst, – einen Hilfskörper (46), der mit dem Körper (22) des austauschbaren Kopfs seitlich von diesem mechanisch fest verbunden ist, wobei der Hilfskörper (46) eine in den oberen Bereich der Spritze (43) mündende Leitung (47) umfasst, und – Dichtungsmittel (57, 58) zum Gewährleisten der dichten Verbindung zwischen der Leitung des Hilfs-Fußstücks und der Leitung des Hilfskörpers, wenn Hilfs-Fußstück und Hilfskörper zusammengefügt sind; wodurch es möglich ist, die Verdrängung eines in der Spritze enthaltenen fließfähigen Produkts pneumatisch zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das schwebende Hilfs-Fußstück (48) ferner eine an eine Vakuumquelle anschließbare Leitung (50) umfasst, und dass der Hilfskörper (46) gegenüber der Öffnung der Vakuumleitung des Hilfs-Fußstücks einen dichten Andrückanschlag für die Öffnung aufweist, so dass der Hilfskörper mit dem Hilfs-Fußstück zur gleichen Zeit fest verbunden ist wie der Körper (22) mit dem Fußstück (3).