DE60127603T2

DE60127603T2 - Ausrichtbare Vakuum-Greifervorrichtung für den Transport oder die Bearbeitung eines beliebig geformten Werkstückes

Info

Publication number: DE60127603T2
Application number: DE60127603T
Authority: DE
Inventors: Fabrice Portal
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: US6454333B2; US20020003352A1; EP1123780A3; CA2332472A1; DE60127603D1; ATE358555T1; FR2804892A1; CA2332472C; EP1123780B1; EP1123780A2; FR2804892B1

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein ausrichtbares Greifelement, das so ausgestaltet ist, dass es die Bearbeitung oder den Transport eines Teils mit beliebiger Geometrie ermöglicht.
Ein solches Element kann insbesondere an/auf einem Universaltisch verwendet werden, der dazu bestimmt ist, das Ergreifen eines oder mehrerer Teil für deren Bearbeitung oder deren Transport zu bewerkstelligen. Es ermöglicht insbesondere das Greifen bzw. Festhalten von Teilen, die sehr unterschiedliche und mehr oder minder komplexe Geometrien aufweisen.
Ein ausrichtbares Greifelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in dem Patent US 4269383 beschrieben.
Stand der Technik
Wie insbesondere das Dokument FR-A-2700487 veranschaulicht, ist es bekannt, Teile zwischen verschiedenen Stationen einer Industrieanlage mittels einer Transportpalette zu transportieren, die ein horizontales Trägerplateau aufweist, das mit einer eine Vakuumreserve bildenden inneren Kammer ausgestattet ist. Die Oberseite des Trägerplateaus ist von Löchern durchsetzt, die in einem regelmäßigen Netz angeordnet sind und in die innere Kammer münden. Gemäß den Formen und den Dimensionen der zu transportierenden Teile nimmt jedes der Löcher entweder ein Saugnapf-Greifelement oder ein Positionierungselement oder ein Verschlusselement auf. Jedes Greifelement umfasst eine vertikale Säule, welche einen an ihrem oberen Ende befestigten Greif-Saugnapf trägt. Ein Dreiwegehahn ermöglicht es, jeden der Saugnäpfe entweder mit der Atmosphäre oder mit dem in der inneren Kammer des Trägerplateaus enthaltenen Vakuum über einen in der Säule verlaufenden Durchgang in Verbindung zu setzen.
Da die Greif-Saugnäpfe auf feststehende Weise an den Enden der Säulen angebracht sind, kann diese Art von Transportpalette nur plane Teile aufnehmen. Nun sind die zu bearbeitenden Teile aber selten plan. Außerdem sind ihre geometrischen Formen oft von einem Teil zum anderen unterschiedlich. Die Verwendung einer solchen Palette würde also erfordern, spezifische Greifelemente für jedes dieser Teile zu verwenden. Dies ist bei einem industriellen Prozess wegen der Kosten und der Verzögerungen, die sich daraus ergäben, inakzeptabel.
Das Dokument FR-A-2711123 bezieht sich auf einen Transporter mit Kippvorrichtung für große Teile. Die Vorrichtung umfasst zwei gegenüberliegenden Plattformen, die mit einer großen Anzahl ausfahrbarer Säulen ausgestattet ist, die an ihren Ende mit auf Kugelgelenken angebrachten Greif-Saugnäpfen versehen sind. Bei dieser Installation wird jedes der Kugelgelenke in Anlage an einem offenen Kugelgelenklager gehalten, das mit dem Ende der Säule über eine elastische Kordel fest verbunden ist. Bei jedem der Saugnäpfe wird das Vakuum, welches für das Greifen sorgt, über ein zentrales Rohr hergestellt, welches sich in der entsprechenden Säule bewegt.
Diese Anordnung ermöglicht das Greifen von Teilen mit einer wenig komplexen Geometrie dank dem Ausschlag der Saugnäpfe, die durch ihre Montage auf Kugelgelenken ermöglicht wird. Dennoch ist der Gesamtausschlag jedes dieser Saugnäpfe auf etwa 60° (+ oder –30°) beschränkt, was aüßerst unzulänglich ist, um das Greifen von Teilen mit komplexen Geometrien zu ermöglichen.
Auf der Basis einer Anordnung, die mit der im Dokument FR-A-2711123 beschriebenen vergleichbar ist, ermöglichen die bestehenden ausrichtbaren Greifelemente keinen globalen Ausschlag der Greif-Saugnäpfe über 90° (+ oder –40°) wegen der Tatsache, dass die Versorgung mit einem Vakuum über einen Durchgang erfolgt, der die Säule und die Halterung bzw. das Lager, in dem das Kugelgelenk aufgenommen ist, durchquert.
Abriss der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist ein ausrichtbares Greifelement, dessen originelle Konzeption es gestattet, einen Gesamtauschlag von mindestens 90° (+ oder –45°) des das Ergreifen des Teils bewerkstelligenden Saugnapfs zu erhalten, was die Montage von Teilen mit komplexen Geometrien ermöglicht, welche von einem Teil zum andern variieren können, und zwar ohne spezielle Anpassung.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mittels eines ausrichtbaren Greifelements erfüllt mit einem Kugelgelenk, einem offenen Kugelgelenklager, in dem sich das Kugelgelenk drehen kann, einem einen Saugnapf bildenden Mittel, das von dem Kugelgelenk außerhalb des Kugelgelenklagers getragen wird, Mitteln zum Halten des Kugelgelenks in dem Kugelgelenklager, und einem ersten Durchgang, der in das Innere des einen Saugnapf bildenden Mittels mündet und mindestens eine Öffnung aufweist, die entweder an dem Kugelgelenk oder an dem einen Saugnapf bildenden Mittel ausgebildet ist, wobei die Öffnung mit einem flexiblen Rohr außerhalb des Kugelgelenklagers verbunden ist und mit einer Vakuumquelle verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Halten des Kugelgelenks in dem Kugelgelenklager einen zweiten Durchgang umfassen, welcher das Kugelgelenklager durchsetzt, wobei mindestens eine erste Öffnung dieses zweiten Durchgangs zwischen dem Kugelgelenk und dem Kugelgelenklager mündet, und dass das flexible Rohr die Öffnung des ersten Durchgangs mit einer zweiten Öffnung des zweiten Durchgangs verbindet.
Da die Vakuumversorgung des Saugnapfs nicht über einen Durchgang erfolgt, welcher die Säule, die ihn trägt, durchsetzt, sondern vielmehr über ein flexibles Rohr, das außen mit dem Kugelgelenk verbunden ist, wird es möglich, diesem einen wesentlichen größeren Ausschlag zu verleihen, und zwar allgemein mindestens 90°. Das Element gemäß der Erfindung ist so für das Greifen von Teilen mit komplexen Geometrien geeignet, die sich von einem Teil zum andern unterscheiden, und zwar ohne spezielle Anpassung.
Das flexible Rohr verbindet die Öffnung des ersten Durchgangs mit einer zweiten Öffnung des zweiten Durchgangs. In diesem Fall umfasst der zweite Durchgang vorzugsweise eine dritte Öffnung, die nacheinander mit einer Druckluftquelle während einer automatischen Ausrichtungsphase des Kugelgelenks sowie mit der Vakuumquelle während einer Greifphase eines Teils verbunden werden kann. Dank dieser Anordnung wird es möglich, dem Greifen des Teils eine vorbereitende Phase vorausgehen zu lassen, während der sich das Kugelgelenk automatisch in Bezug auf die dem Teil gegenüberliegende Oberfläche ausrichtet, um eine optimale Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche aufzuweisen.
Vorteilhafterweise hat das Kugelgelenk ein Schwerkraftzentrum, das gegenüber dem einen Saugnapf bildenden Mittel in Bezug auf ein geometrisches Zentrum des Kugelgelenks versetzt ist. Dank dieser Anordnung kehrt das Kugelgelenk automatisch in eine horizontale Neutralposition zurück, wenn die Einrichtung nicht in Betrieb ist.
Vorzugsweise umfasst das den Saugnapf bildende Mittel einen verformbaren Saugnapf und einen Auflagekranz, der im Inneren des Saugnapfs angeordnet ist. Das Vorhandensein des Auflagekranzes ermöglicht eine bessere Verteilung der von dem Vakuum erzeugten Kräfte auf dem Teil, was ein unerwünschtes Durchlöchern des zu bearbeitenden Teils vermeidet.
In der Praxis umfasst die Kugelgelenkhalterung eine Ausnehmung in Form in einer Kugelkappe, in der das Kugelgelenk aufgenommen ist. Der Winkel im Zentrum dieser Ausnehmung beträgt höchstens etwa 90°.
Um eine gute Gesamtkräfteverteilung zu gewährleisten, weist der verformbare Saugnapf einen Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser eines den Hohlraum in Form einer Kugelkappe begrenzenden Kreises ist. Wie bereits bemerkt wurde, ist das Kugelgelenk vorteilhafterweise in der Lage, sich um mindestens 90° in seinem Lager bzw. seiner Halterung zu drehen/schwenken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht, die schematisch einen Teil eines Universaltischs darstellt, der mit mehreren erfindungsgemäßen ausrichtbaren Greifelementen ausgestattet ist, und
2 eine Schnittansicht, die in größerem Maßstab eines der ausrichtbaren Greifelemente der 1 darstellt.
Detaillierte Beschreibung einer Ausführunsform der Erfindung
In 1 ist auf sehr schematische Weise ein Teil eines Universaltischs dargestellt, der zum Transport oder zur Bearbeitung von Teilen P bestimmt ist. Um diesen Greifvorgang zu ermöglichen, trägt der Universaltisch 10 an seiner Oberseite eine bestimmte Anzahl von ausrichtbaren Greifelementen 12, die auf Säulen 14 angebracht sind. Nur zwei ausrichtbare Greifelemente 12 sind in 1 dargestellt. In der Praxis hängt die Anzahl der auf dem Universaltisch 10 angeordneten Greifelemente 12 insbesondere von der Dimension dieses Tisches und von der Anzahl der Teile, die transportiert werden sollen, ab.
Gemäß der Erfindung und wie genauer in 2 dargestellt ist, umfasst jedes der ausrichtbaren Greifelemente 12 eine offene Kugelgelenkhalterung 16, die am Ende der Säule 14 befestigt ist, sowie ein Kugelgelenk 18, das sich in der Kugelgelenkhalterung 16 drehen/schwenken kann. Außerdem trägt in seinem außerhalb der Kugelgelenkhalterung 16 befindlichen Teil jedes der Kugelgelenke 18 ein einen Saugnapf 20 bildendes Mittel.
Die offene Kugelgelenkhalterung 16 weist die Form eines massiven Teils aus mehreren Abschnitten auf. Dieses Teil ist am Ende der Säule 14 beispielsweise mittels einer Schraube 22 befestigt. An seiner Oberseite umfasst die offene Kugelgelenkhalterung 16 einen Hohlraum bzw. eine Ausnehmung 24 in Form einer Kugelkappe, auf der das Kugelgelenk 18 durch Schwerkraft ruht.
Das die Kugelgelenkhalterung 16 bildende massive Teil wird im Inneren von einem Durchgang 26 durchsetzt. Dieser Durchgang 26 mündet in die Ausnehmung 24 über eine oder mehrere Öffnungen 28. Er mündet auch an der Innenseite der Kugelgelenkhalterung 16 über eine Öffnung 30 und an den Seiten dieser Halterung 16 über mindestens eine Öffnung 32 (zwei in dem dargestellten Beispiel).
Wie schematisch in 1 dargestellt ist, ist ein erstes Ende eines Rohrs 34 mit der Öffnung 30 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Säule 14 verlängerbar bzw. ausfahrbar. Das Rohr ist dabei ein elastisches Rohr, das beispielsweise in Schraubenform um die Säule 14 herum gewickelt ist. Das gegenüberliegende Ende des Rohrs 34 kann beliebig entweder mit einer Druckluftquelle 36 oder mit einer Vakuumquelle 38 verbunden werden, wie schematisch in 1 dargestellt ist. Die Peripherie der Ausnehmung 24 in Form einer Kugelkappe weist eine kreisförmige Nut auf, in die eine Ringdichtung 40 aufgenommen ist. Diese Ringdichtung 40 steht in abdichtendem Kontakt mit der Außenfläche des Kugelgelenks 18. Sie isoliert so normalerweise gegenüber der äußeren Atmosphäre den Raum, der sich zwischen der Ausnehmung 24 und dem Kugelgelenk 18 befindet, und in den die Öffnungen 28 des Durchgangs 26 münden.
Das Kugelgelenk 18 weist die Form eines massiven kugelförmigen Teils auf, in das eine Abflachung 41 eingearbeitet ist, die zur Befestigung des den Saugnapf bildenden Mittels dient. Genauer gesagt umfasst das den Saugnapf 20 bildende Mittel einen beispielsweise mittels Schrauben (nicht dargestellt) an der Abflachung 41 befestigten Sockel 42. Ein verformbarer Saugnapf 44 ist an dem Sockel 42 beispielsweise mittels einer Schraube 46 befestigt. Außerdem ist ein starrer Auflagekranz koaxial im Inneren des Saugnapfes 44 angebracht und an diesem sowie an dem Sockel 42 durch Schrauben 46 befestigt.
Der Sockel 42, der Saugnapf 44 und der Auflagekranz 48 sind von einem Durchgang 50 durchsetzt, von dem ein Ende ins Innere des Saugnapfs 44 und des Auflagekranzes 48 mündet. Der Durchgang 50 umfasst außerdem mindestens eine Öffnung 52 (zwei in dem dargestellten Beispiel), die nahe dem Sockel 42 außerhalb des in der Kugelgelenkhalterung 16 ausgebildeten Ausnehmung 24 nach außen mündet.
Jede der Öffnungen 32 des Durchgangs 26 ist mit einer der Öffnungen 52 des Durchgangs 50 durch ein flexibles Rohr 54 verbunden, wie schematisch in 1 dargestellt ist. Die soeben beschriebene Anordnung einen Winkelausschlag von mindestens etwa 90° (+ oder –45°) des Kugelgelenks 18 in Bezug auf die Kugelgelenkhalterung 16. Diese Eigenschaft ergibt sich hauptsächlich aus der Tatsache, dass die Beaufschlagung des Saugnapfs 44 mit einem Vakuum von außerhalb der Kugelgelenkhalterung 16 über das flexible Rohr 54 erfolgt. Sie rührt auch von der Tatsache her, dass die von der Ausnehmung 24 gebildete Kugelkappe einen Winkel im Zentrum bildet, der höchstens gleich etwa 90° ist. Der besonders starke Ausschlag des Saugnapfs 44 gestattet es, das Halten von Teilen mit besonders komplexen Formen in Betracht zu ziehen, was vorher nicht möglich war.
Übrigens ist, wie 2 zeigt, der Durchmesser des verformbaren Saugnapfs 44 im wesentlichen gleich dem Durchmesser des die Ausnehmung 24 in Form einer Kugelkappe begrenzenden Kreises. Diese Anordnung ermöglicht es, eine gute Gesamtkräfteverteilung zu gewährleisten. In der dargestellten Ausführungsform ist das massive Teil, welches das Kugelgelenk 18 bildet, teilweise in der Mitte von der Abflachung 41 eingenommen, welche das den Saugnapf 20 bildende Mittel trägt. Das Schwerkraftzentrum des Kugelgelenks 18 ist so gegenüber dem den Saugnapf 20 bildenden Mittel in Bezug auf das geometrische Zentrum des Kugelgelenks versetzt. Diese Eigenschaft ermöglicht es, dass der Saugnapf 44 automatisch in eine horizontale Neutralposition zurückkehrt, wenn sich das Greifelement im Ruhezustand befindet. Beim Einsatz eines solchen ausrichtbaren Greifelements wird zunächst die Säule 14 auf die richtige Höhe in Bezug auf das zu bearbeitende Teil gebracht. Dieser Vorgang kann manuell oder automatisch erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer numerischen Steuerung. Die Druckluft wird anschließend über das Rohr 34 und die Öffnung 30 des Durchgangs 26 eingeblasen, was bewirkt, dass ein Luftkissen zwischen dem Kugelgelenk 18 und der Halterung 16 sowie zwischen dem Teil P und dem Saugnapf 44 gebildet wird. Eine automatische Positionierung wird so auf besonders wirksame und zuverlässige Weise sichergestellt.
Es ist anzumerken, dass in einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung der Steuerkreis des den Saugnapf 20 bildenden Mittels von der Steuerkreis getrennt werden kann, der zwischen dem Kugelgelenk 18 und der Ausnehmung 24 mündet. Dies ermöglicht es beispielsweise, durch das Vakuum das Kugelgelenk 18 in einer ganz bestimmten Position zu blockieren, und gleichzeitig unabhängig die Vakuumbeaufschlagung oder das Halten des Teils durch den Saugnapf zu steuern. In diesem Fall kann die Regelung der Ausrichtung des Kugelgelenks 18 entweder manuell oder mit Hilfe einer numerischen Steuerung erfolgen.

Claims

Ausrichtbares Greifelement mit einem Kugelgelenk (18), einem offenen Kugelgelenklager (16), in dem sich das Kugelgelenk drehen kann, einem einen Saugnapf (20) bildenden Mittel, das von dem Kugelgelenk (18) außerhalb des Kugelgelenklagers (16) getragen wird, Mitteln zum Halten des Kugelgelenks (18) in dem Kugelgelenklager (16) und einem ersten Durchgang (50), der in das Innere des einen Saugnapf (20) bildenden Mittels mündet und mindestens eine Öffnung (52) aufweist, die entweder an dem Kugelgelenk (18) oder an dem einen Saugnapf bildenden Mittel (20) ausgebildet ist, wobei die Öffnung (52) mit einem flexiblen Rohr (54) außerhalb des Kugelgelenklagers (16) verbunden ist und mit einer Vakuumquelle verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Halten des Kugelgelenks (18) in dem Kugelgelenklager (16) einen zweiten Durchgang (26) umfassen, welcher das Kugelgelenklager (16) durchsetzt, wobei mindestens eine erste Öffnung (28) dieses zweiten Durchgangs zwischen dem Kugelgelenk (18) und dem Kugelgelenklager (16) mündet, und dass das flexible Rohr (54) die Öffnung (52) des ersten Durchgangs (50) mit einer zweiten Öffnung (32) des zweiten Durchgangs (26) verbindet.
Ausrichtbares Greifelement nach Anspruch 1, wobei der zweite Durchgang (26) eine dritte Öffnung (30) umfasst, die nacheinander mit einer Druckluftquelle (36) während einer automatischen Ausrichtungsphase des Kugelgelenks (18) sowie mit der Vakuumquelle (38) während einer Phase des Greifens eines Teils verbunden werden kann.
Ausrichtbares Greifelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kugelgelenk (18) ein Schwerkraftzentrum aufweist, das gegenüber dem einen Saugnapf bildenden Mittel (20) in Bezug auf ein geometrisches Zentrum des Kugelgelenks versetzt ist.
Ausrichtbares Greifelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das einen Saugnapf bildende Mittel (20) einen verformbaren Saugnapf (44) und einen im Inneren des Saugnapfes angeordneten Auflagekranz (48) umfasst.
Ausrichtbares Greifelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das die Kugelgelenkhalterung (16) eine Ausnehmung (24) in Form einer Kugelkappe, mit einem Winkel in der Mitte von höchstens etwa 90°, aufweist.
Ausrichtbares Greifelement nach den Ansprüchen 4 und 5 in Kombination, wobei der verformbare Saugnapf (44) einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser eines Kreises ist, welcher die Ausnehmung (24) in Form einer Kugelkappe umgrenzt.
Ausrichtbares Greifelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich das Kugelgelenk (18) um mindestens 90° in dem Kugelgelenklager (16) drehen kann.