Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von
gebogenen Blechartikeln und betrifft eine Biegevorrichtung.
Stand der Technik
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Die Erfindung wurde zur Lösung des Problems des Biegens von
Blechartikeln komplizierter Gestalt entwickelt, welche häufig in
Geräten wie Fotokopierern, Faxgeräten und verschiedenen
elektronischen Einrichtungen zur Anwendung kommen. Diese Produkte
unterliegen einer raschen Entwicklung, und der Hersteller ändert
daher oft Modelle von einem Jahr aufs andere. Jedes neue Modell
ist das Ergebnis einer Neugestaltung, auch was die verschiedenen
Blechartikel, die es enthält, betrifft.
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Diese gebogenen Blechartikel werden daher in relativ kleiner
Stückzahl erzeugt und rechtfertigen keine komplizierten und
aufwendigen Werkzeuge und Formen.
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Eine Einrichtung zur Erzeugung von gebogenen Blechartikeln,
welche aus der US-A 4 991 422 (nächster Stand der Technik)
bekannt ist, geht im Grunde von bereits zuvor bestehenden
Biegesystemen aus, bei welchen Biegepressen mit feststehenden
Rahmentragwerken und linearen, im Querschnitt V-förmigen Stanzstempeln
und Preßwerkzeuge verwendet werden, die vertikal zueinander- und
voneinanderwegbewegbar sind.
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Das im obengenannten US-Patent beschriebene System sieht vor,
daß ein Manipulator ein zu biegendes Stück so trägt, daß ein
Bereich des Stücks, der gebogen werden soll, in einer vertikalen
Ebene gelagert ist. Die Biegungen werden mittels einer
oszillierenden Biegemaschine mit zwei Werkzeugen bewerkstelligt,
welche beliebig bezüglich des zu biegenden Stücks angeordnet
werden können. Das Stück wird derart vom Manipulator gehalten,
daß es Bewegungen begrenzten Ausmaßes mit fünf Freiheitsgraden,
ausgenommen eine Rotation um eine zur Ebene des unverformten
Blechstücks senkrechte Achse, ausführen kann. Die Biegemaschine
besitzt auch eine Einrichtung für den raschen Austausch der
Werkzeuge unter Verwendung zweier Drehköpfe, die sich an den
Enden einer C-förmigen Werkzeughalterkonstruktion befinden.
Offenbarung der Erfindung
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Weiterentwicklung
der Biegevorrichtung, dessen wesentliche Elemente in dem zuvor
genannten US-Patent Nr. 4,991,422 beschrieben sind, und die
Verbesserung einiger Komponenten der Vorrichtung, denen eine
entscheidende Funktion bei der praktischen Anwendung dieses
innovativen Biegesystems zukommt.
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Das Ziel der Erfindung wird mittels einer Vorrichtung mit den in
Anspruch 1 definierten Merkmalen erreicht.
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Die vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die
angeschlossenen Zeichnungen, die nur als Beispiele vorgesehen
sind, näher beschrieben, worin:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht ist und
eine die Erfindung verkörpernde Vorrichtung zeigt,
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die Fig. 2 bis 11 einen Tisch zur Festlegung der Position
eines zu biegenden Stücks zeigen, und genauergesagt
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die Fig. 2 bis 4 im Schnitt, in Vorderansicht und in
Draufsicht einen Greifer zur Anbringung auf einem Blechstück
zeigen,
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Fig. 5 eine Draufsicht auf den Tisch gemäß dem Pfeil V in
Fig. 1 ist,
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Fig. 6 ein schematischer Schnitt entlang der Linie VI-VI
der Fig. 5 ist,
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Fig. 7 ein Längsschnitt durch den in Fig. 5 mit dem Pfeil
VII angedeuteten Teil ist,
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Fig. 8 ein Schnitt durch den in Fig. 7 mit dem Pfeil VIII
angedeuteten Teil in vergrößertem Maßstab ist,
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die Fig. 9, 10 und 11 schematische Ansichten sind und den
in Fig. 5 mit dem Pfeil IX angedeuteten Teil in vergrößertem
Maßstab zeigen,
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die Fig. 12 bis 19 den in Fig. 1 mit dem Pfeil XII
angedeuteten Aufhängekopf eines Manipulators für Blechstücke zeigen,
und genauergesagt
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Fig. 12 eine schematische Ansicht ist und das
Funktionsprinzip des Aufhängekopfes zeigt,
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Fig. 13 eine perspektivische Ansicht des Aufhängekopfes
ist,
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die Fig. 14 und 15 schematische Längsschnitte durch den
Kopf der Fig. 13 in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen
sind,
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Fig. 16 ein Schnitt ähnlich dem der Fig. 15 ist, wobei noch
Klemmeinrichtungen hinzukommen,
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die Fig. 17 und 18 Schnitte durch den in Fig. 16 mit dem
Pfeil XVII angedeuteten Teil in vergrößertem Maßstab sind und
die Einrichtung für den Eingriff eines Greifers zeigen,
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Fig. 19 ein Schnitt ist und die in Fig. 18 mit dem Pfeil
XIX angedeutete Klemmeinrichtung in vergrößertem Maßstab zeigt.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
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Die Vorrichtung zur Herstellung von gebogenen Blechartikeln wird
nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Vorrichtung zur Herstellung von Blechartikeln
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung
von gebogenen Blechartikeln aus ausgestanzten oder
lasergeschnittenen Stücken aus Blech, die eine Gestalt entsprechend der
Abwicklung in eine Ebene der zu erzeugenden Artikel aufweisen,
im allgemeinen mit 50 bezeichnet.
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Die Vorrichtung 50 umfaßt eine Station 52 zur Positionierung der
Blechstücke, eine Meß- und Lagerstation 54, eine Biegestation
56, eine Ausgabestation 58 und eine Einrichtung 60 für den
automatischen Austausch der Werkzeuge mit einer entsprechenden
Werkzeuglagerung 62.
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Die Biegestation 56 umfaßt einen kartesischen Manipulator 64 mit
einer vertikal beweglichen Einrichtung 66, die von einem
Schlitten 68 getragen ist, welcher entlang eines Balkens 70
be
wegbar ist, der seinerseits entlang von Führungen 72 einer
Portalkonstruktion 74 beweglich ist. Die bewegliche Einrichtung
66 des Manipulators 64 trägt einen Aufhängekopf 76, der
nachstehend detailliert beschrieben ist, zum vertikalen Halten eines
zu biegenden Blechstücks mittels eines Greifers.
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Der Greifer steht nicht mit dem Aufhängekopf des Manipulators
64, sondern mit dem zu biegenden Stück in Verbindung.
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Der Aufhängekopf 76 des Manipulators 64 weist das Merkmal auf,
daß er das Stück auf frei schwebende Weise hält, so daß sich das
Stück während des Biegens bis zu einem gewissen Grad frei
bewegen kann.
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Zur Ausführung jeder Biegung bringt der Manipulator 64, der von
einer herkömmlichen Steuereinheit 78 gesteuert ist, das Stück in
eine Lage, die auf Basis eines in Abhängigkeit von der
geometrischen Gestalt des Werkstücks erstellten Programms bestimmt
wird.
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Die Biegestation 56 weist auch eine Biegemaschine 80 auf, die
eine Werkzeughalterung 82 mit einem Loch- bzw. Stanzwerkzeug 84
und einem Stempel bzw. einer Matrize 86 umfaßt, welche
zusammenwirken. Wie nachstehend im Detail beschrieben, ist die
Werkzeughalterung 82 um eine Achse drehbar, welche durch die von
der Spitze des V-förmigen Stanzwerkzeugs 84 definierte
Biegelinie geht, und sie ist auch um eine senkrecht zur vorgenannten
Rotationsachse verlaufende horizontale Achse schwenkbar. Es ist
daher erkennbar, daß das Stanzwerkzeug 84 und die Matrize 86 in
bezug auf das zu biegenden Stück in jede beliebige Position
gebracht werden können. Die Dreh- und Schwenkbewegungen der
Werkzeughalterung 82 werden durch die Steuereinheit 78 auf Basis
eines vorbestimmten Programms herbeigeführt.
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Es ist wichtig hervorzuheben, daß die Präzision der
Positionierung des Stücks im Raum ebenso wie die Präzision der
Positionierung der Werkzeuge von entscheidender Bedeutung ist,
da es im Gegensatz zu herkömmlichen Biegemethoden weder
mechanische Widerlager zur Festlegung der Position des Stücks noch
Einrichtungen zur Messung der Position des Stücks in bezug auf
die Biegemaschine gibt.
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Die erforderliche Präzision bei der Positionierung des Stücks
wird durch eine Vorermittlung der relativen Lage von Stück und
Manipulator und der genauen Steuerung der relativen Lage von
Manipulator und Biegemaschine erzielt, was über die
Betriebsgenauigkeit des Manipulators 64 und der Biegemaschine 80
erreicht wird.
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Das Funktionsprinzip, auf welchem die Biegevorrichtung beruht,
besteht somit in der Positionierung eines Blechstücks in einem
vorbestimmten Bereich im Raum mit hoher Genauigkeit und
Reproduzierbarkeit und der Veränderung der Positionen der
Biegewerkzeuge in bezug auf das Stück mit entsprechendem Genauigkeits-
und Reproduzierbarkeitsgrad durch eine Bewegung der
Biegemaschine zwecks Ausführung der Biegung im gewünschten Bereich.
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Das Hauptmerkmal des Systems ist seine Fähigkeit, extrem
niedrige Stückzahlen (sogar auch ein Einzelstück)
unterschiedlicher geometrischer Formen einzig und allein durch die gezielte
Auswahl verschiedener Arbeitsprogramme ohne Durchführung von
Werkzeugbestückungsschritten zu bearbeiten. Ein anfängliches
Problem, das gelöst werden mußte, um einen hohen Grad an
Flexibilität des Systems zu erreichen, bestand in der Konzipierung
einer Ladeeinheit für die Stücke, die es ermöglicht, daß
geformte Blechstücke mit komplizierten Formen und äußerst
unterschiedlichen Abmessungen gelagert und in der Folge vom
Aufhängekopf 76 des Manipulators 64 ergriffen werden können.
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Bei herkömmlichen am Manipulatorkopf befindlichen Greifern
besteht neben der Schwierigkeit, einen universellen Greifer zu
schaffen, der Stücke unterschiedlicher geometrischer Formen
ergreifen kann, das Problem der präzisen Positionierung des
Stücks in bezug auf den Greifer und damit in bezug auf das
Lokalisierungssystem des Manipulators, d. h. das Problem, wie das
Stück präzise auf einer Ladeeinrichtung positioniert werden
kann, die gleichzeitig an Stücke stark variierender Gestalt und
Größe anpaßbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden diese Probleme
überwunden, indem jedem Stück ein eigener Greifer zugeordnet
ist, der auf einem vorbestimmten Bereich des unverformten
Blechstücks angebracht wird. Der Greifer wird in der
Positionierstation 52 auf nachfolgend beschriebene Weise auf dem
Blechstück angebracht. Die Stücke sind mit ihren entsprechenden
Greifern in einem Lager 90 angeordnet und warten auf ihre
Verlegung auf die Biegestation 56. Das Lager 90 kann dank des
Einsatzes des Greifers leicht Stücke unterschiedlicher
geometrischer Formen aufnehmen, ohne daß irgendein Werkzeug
notwendig wäre.
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Das Lager 90 kann nämlich eine bestimmte Anzahl an Greifern
aufnehmen, die in einer entsprechenden Anzahl von einen Teil des
Lagers bildenden Gabeln eingesetzt werden. Die Blechstücke, von
denen jedes vom eigenen Greifer ergriffen wird, sind vertikal,
direkt vom Greifer hängend, angeordnet und stehen somit nicht in
direkter Verbindung mit dem Lager 90, welches vollkommen
unabhängig von der Gestalt der Bleche ist.
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Nachdem jedes Blechstück mit seinem Greifer versehen worden ist,
wird das Stück einem Meßschritt unterzogen, der mit einem
herkömmlichen Fühler 88 vorgenommen wird. Die bei dieser Messung
ermittelten Daten werden verarbeitet und von der Steuereinheit
78 gespeichert, die die Verbindung zwischen einem in bezug auf
das Stück fixen Lokalisiersystem und einem in bezug auf den
Greifer und infolgedessen den Aufhängekopf 76 des Manipulators
64 fixen Lokalisiersystem herstellt. Kleine Korrekturen können
so an dem den Manipulator 64 steuernden Programm vorgenommen
werden, um Fehler bei der Positionierung des Stücks in bezug auf
den Greifer auszugleichen.
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Das Stück kann vermessen werden, wenn es bereits mit dem
Aufhängekopf 76 des Manipulators 64 verbunden ist. Dabei muß der
Fühler 88 beweglich sein, um in den bzw. aus dem Arbeitsbereich
zu kommen. Sieht der Werkstückbearbeitungszyklus eine Änderung
des Greifbereichs nach Durchführung einiger Biegungen vor, kann
eine neue Messung nach Ergreifen des Stücks in der neuen
Position vorgenommen werden.
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Alternativ kann die Messung, wie in Fig. 1 gezeigt außerhalb
des Bearbeitungsbereichs vorgenommen werden, ohne dabei die vorn
Biegezyklus beanspruchte Zeit zu beeinflussen, während das Stück
von einem Hilfsmanipulator 89 gehalten ist.
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Eine Alternative bestünde darin, bei der Positionierung des
Stücks in bezug auf den Greifer zum Zeitpunkt, zu dem der
Greifer auf das Stück aufgepaßt wird, eine ausreichende
Präzision zu gewährleisten, um den Meßschritt überhaupt zu vermeiden.
Nach Beendigung der Biegeschritte bringt der Manipulator 64 den
bearbeiteten Artikel zu einer Abgabestation 58, die schematisch
durch einen Bandförderer dargestellt ist. In der Abgabestation
58 kann eine Einrichtung 92 zum Entfernen der Greifer von den
Blechartikeln vorgesehen sein.
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Die Einrichtung 60 zum Auswechseln der Werkzeuge der
Biegemaschine 80 ist durch einen kartesischen Roboter mit einem
Schlitten 94 gebildet, welcher an einem Balken 96 bewegbar ist,
der seinerseits auf Führungen 72 der Portalkonstruktion 74
bewegbar ist. Die Merkmale des Werkzeug-Greifkopfes der
Einrichtung zum automatischen Wechseln der Werkzeuge sowie das
Verfahren zum automatischen Wechseln eines oder beider Werkzeuge
der Biegemaschine 80 sind nachstehend beschrieben.
Tisch zur Festlegung der Position eines zu biegenden Stücks
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Wie oben zu sehen war, wird jedes zu biegende Stück mit seinem
eigenen Greifer versehen. Dieser Schritt wird auf einem in Fig.
1 mit 96 bezeichneten Tisch zur Festlegung der Position eines
Stücks durchgeführt.
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Bevor der Aufbau und die Wirkungsweise des Positioniertisches 96
beschrieben werden, wird der in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigte und
mit 98 bezeichnete Greifer beschrieben.
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Der Greifer 98 ist ein rein passives Organ, d. h. er besitzt
keinen eigenen Öffnungs- und Schließmechanismus. Der Greifer 98
besteht aus einem einstückigen Metallkörper mit zwei
nachgiebigen Armen 100, an deren Enden zwei Platten aus Reibungsmaterial
102 befestigt sind, zwischen denen ein Blechstück ergriffen
werden kann. Ein Hohlraum 104 (Fig. 2) ist zwischen den beiden
Armen 100 zur Aufnahme eines Mechanismus zum nachgiebigen
Auseinanderbewegen der Arme 100 begrenzt. Der Greifer 98 besitzt
einen Schaft 106 mit einer sich verjüngenden Außenfläche zum
Eingriff am Aufhängekopf des Manipulators. Der Schaft 106 hat
ein Durchgangsloch 108, welches mit dem Hohlraum 104
kommuniziert und einen Sitz 110 für den Eingriff von Mitteln
aufweist, die den Greifer 98 mit dem Manipulatorkopf verbinden.
Der Greifer 98 besitzt auch einen Zapfen 112 für die
Winkelposition des Greifers gegenüber dem Manipulatorkopf und eine Nut
114 für den Eingriff einer Halteeinrichtung, wenn der Greifer
auf einem Blechstück aufgepaßt ist.
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Auch wenn der soeben beschriebene Greifer aufgrund seiner
strukturellen Einfachheit vorteilhaft ist, könnten auch Greifer
anderer Art, sogar mit mechanischer Schließung, verwendet
werden. Ein alternativer Greifertyp könnte durch einen fixen Arm
und einen beweglichen Arm, der mittels einer mit einer externen
Einrichtung unabhängig vom Greifer betätigten Schraube gegen den
fixen Arm feststellbar sein könnte, gebildet sein.
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Wie oben erläutert, muß der Greifer 98 auf dem zu biegenden
Blechstück in einer vorbestimmten Position befestigt werden.
Dies wird mit Hilfe eines Positioniertisches 96 bewerkstelligt,
welcher eine Einrichtung zum Halten eines Greifers 98 in einem
vorbestimmten Bereich des Tisches 96 aufweist. Der Tisch 96
besitzt auch Einrichtungen zum Festlegen einer Position zur
Anordnung des Blechstücks in bezug auf den Tisch 96.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen einen bevorzugten Tisch 96, bei welchem
die Lokalisiereinrichtungen in Form von Widerlagerelementen
ausgebildet sind, welche von der das Stück stützenden Fläche
abstehen.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6, ist ein fixes
Trägergerüst des Tisches 96 mit 114 angedeutet. Das Gerüst 114
hat einen oberen rechteckigen Rahmen, an welchem an zwei Seiten
parallele Führungen 116 vorgesehen sind, zwischen denen die
Enden einer Mehrzahl von länglichen Elementen 118 zum freien
Gleiten in Eingriff stehen, wobei die Elemente 118 eine
Auflageebene für ein in Lage zu bringendes Blechstück bilden
Die länglichen Elemente 118 können unabhängig voneinander in den
mit dem Doppelpfeil 120 angedeuteten Richtungen frei gleiten.
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Wie genauer aus Fig. 6 ersichtlich, ist ein Paar Führungen 122
quer unterhalb der länglichen Elemente 118 angeordnet, und zwei
zu den länglichen Elementen 118 parallele Querträger 124 mit
(nicht dargestellten) eigenen herkömmlichen Bewegungsmitteln
sind auf diesem gleitbar angeordnet.
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Die beiden Querträger 124 haben entsprechende Führungen 126, die
parallel zu den Elementen 118 verlaufen und entlang denen ein
Schlitten 128 mit einem eigenen Bewegungssystem gleitbeweglich
ist.
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Wiederum unter Bezugnahme auf Fig. 6, besitzt jeder Querträger
124 ein Paar vertikal beweglicher Zapfen 130, die in
entsprechende Sitze 132 im unteren Teil der länglichen Elemente 118
eingreifen können.
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Jeder Schlitten 128 besitzt ein Widerlagerelement 134, welches
gegenüber dem Schlitten vertikal verfahrbar ist. Wie aus dem
linken Teil der Fig. 6 ersichtlich, soll jedes Element 134 durch
einen aufgrund der Trennung der beiden Gruppen von länglichen
Elementen 118 gebildeten Schlitz über die Auflagefläche des
Tisches 96 hinausragen.
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Das Trägergerüst 114 des Tisches 96 trägt vier Schubantriebe
138, welche auf die länglichen Elemente 118 wirken und diese
gegen einen zentralen fixen Querträger 140 drücken.
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Eine Position zur örtlichen Festlegung eines Blechstücks auf der
Auflagefläche des Positioniertisches 96 wird wie folgt
geschaffen.
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Die Widerlagerelemente 134 werden in ihre abgesenkte Lage
gebracht (siehe rechter Teil der Fig. 6), in welcher sie die
länglichen Elemente 118 nicht stören. Die vier Antriebe 138
werden dann betätigt und drücken die Gleitelemente 118 zum
Mittelpunkt des Tisches. Die Zapfen 130 der Querträger 124
werden dann in Übereinstimmung mit dem länglichen Elemente 118
gebracht, welches sich im Bereich des Tisches 96 befindet, in
welchem der Schlitz 136 für den Durchtritt des
Widerlagerelements 134 geschaffen werden soll. Befinden sich die
Querträger 124 in der richtigen Position, werden die Zapfen 130
angehoben, um mit den Sitzen 132 im Element 118 in Eingriff zu
kommen. Die Antriebe 138 werden dann in ihre zurückgezogene,
untätige Position gebracht, und die Querträger 124 werden
gegenüber dem Tisch nach außen bewegt, wodurch der Schlitz 136
entsteht, durch den sich das Widerlagerelement 134 erstrecken
kann. Nach der Bildung des Schlitzes 136 wird der Schlitten 128
jedes Querträgers 124 entlang des Schlitzes bewegt, bis er eine
vorbestimmte Stelle auf der Auflagefläche erreicht. Wird ein
Blechstück auf der Auflagefläche des Tisches 96 manuell oder mit
einem automatischen Manipulator angeordnet, wird die Lage des
Blechstücks in bezug auf den Tisch somit durch die beiden
Widerlagerelemente 134 eindeutig bestimmt.
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Werden die Stücke händisch auf dem Tisch positioniert, gibt es
in der Nähe des Tisches 96 eine (nicht dargestellte)
Anzeigevorrichtung, um der Bedienungsperson die korrekte Ausrichtung
des Stücks anzuzeigen.
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Zur Verbesserung der Präzision der Positionierung des
Blechstücks besitzt jedes Widerlagerelement 134 vier parallele Zapfen
142, wie schematisch in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigt ist. Die
vier Zapfen 142 stehen senkrecht zu der das Stück abstützenden
Fläche und sind unter einer abgesetzten Bewegung gemeinsam um
eine Achse 144 senkrecht zur Ebene der Fig. 9 bis 11 drehbar.
Jedes Widerlagerelement 134 kann somit zur Positionierung einer
Ecke des Blechstücks (Fig. 9), eines Winkels (Fig. 10) oder
einer flachen Kante (Fig. 11) dienen. Selbstverständlich könnte
auch eine andere Anzahl als vier Zapfen 142 vorgesehen sein, da
dieselbe Funktion auch von jeder Anzahl an Zapfen über zwei
bewerkstelligt werden kann.
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Als Alternative zu dem oben für die Positionierung der Stücke
unter Verwendung von mechanischen Widerlagern beschriebenen
System könnte ein optisches System, bestehend aus der Projektion
eines Schattens oder Bildes der Gestalt, die jener des auf der
Auflagefläche zu positionierenden Stücks entspricht, verwendet
werden.
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Für große Chargen kann anstelle des Tisches 96 eine
Spannvorrichtung verwendet werden, die beispielsweise mit
händisch angeordneten fixen Zapfen ausgestattet sein kann.
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Eine Einrichtung zum Anbringen eines Greifers 98 auf einem auf
oben beschriebene Weise in Lage gebrachten Blechstück ist in den
Fig. 5 und 6 schematisch mit 146 angedeutet.
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Wie genauer in Fig. 7 zu sehen ist, umfaßt die Einrichtung 146
ein rohrförmiges Element 148, welches am Gerüst 114 des Tisches
96 zum Halten eines Greifers 98 fixiert ist. Das rohrförmige
Element hat einen konischen Sitz 150 zur Aufnahme des Schaftes
106 des Greifers 98 and trägt einen Kulissenhebel 152, der in
die Nut 114 des Greifers 98 eingreift. Der Kulissenhebel 152
wird durch eine Feder 153 in der Eingriffsstellung gehalten und
ist mit einem Freigabeantrieb 154 kombiniert. Die Einrichtung
146 umfaßt eine Einrichtung 156 zum Auseinanderbewegen der
nachgiebigen Arme 100 des Greifers 98. Die Einrichtung 156
umfaßt ein Paar Spreizarme 158, die mit Vorsprüngen 158a
ausgebildet und von einem Körper 160 getragen sind, der in den mit
dem Doppelpfeil 162 angedeuteten Richtungen bewegbar ist und von
einem Antrieb 164 betätigt wird. Eine mit sich verjüngenden
Abschnitten 166a ausgebildete Stange 166 erstreckt sich zwischen
den beiden Spreizarmen 158 und kann eine axiale Bewegung
begrenzter Länge gegenüber den Armen ausführen. Wie später noch
genauer beschrieben wird, können die verjüngten Abschnitte 166a
mit den Vorsprüngen 158a in Eingriff gelangen. Die Stange 166
ist mit einem zweiten, vom Körper 160 getragenen Antrieb 165
verbunden.
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Beim Betrieb des ersten Antriebs 164 werden die Stange 166 und
die Spreizarme 158 in den Hohlraum 104 des Greifers 98
geschoben, bis sie die in Fig. 7 dargestellte Position erreichen.
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Beim Betrieb des zweiten Antriebs 165 wird dann die Stange 166
gegenüber den Spreizarmen 158 gleiten gelassen, wie in Fig. 8
dargestellt, um die Arme 158 auseinanderzubewegen und die
nach
giebigen Arme 100 des Greifers 98 zu öffnen. Der Greifer wird
unter der Wirkung der nachgiebigen Rückkehr der Arme 100 durch
Einziehen der Stange 166 mittels des zweiten Antriebs 165 wieder
geschlossen. Es sei bemerkt, daß dank des Systems zum
Auseinanderbewegen der Arme 158 mittels der Gleitstange 166 keine
axiale Kraft auf den Greifer ausgeübt wird, was nicht erwünscht
wäre, sondern es werden nur Spreizkräfte auf diesen ausgeübt.
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Nach Anbringen des Greifers 98 auf einem Blechstück wird der
Greifer durch Zurückziehen der Spreizarme 158 und der Stange 166
mittels des Antriebs 164 und schließlich Blockieren des
Kulissenhebels 152 mittels des Antriebs 154 freigegeben.
Manipulator zum Ergreifen und Bewegen eines Blechstücks
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In der Beschreibung des Systems zur Herstellung von gebogenen
Blechartikeln war zu sehen, daß die Blechstücke, nachdem sie mit
ihren eigenen Greifern versehen und einem Meßschritt unterzogen
worden sind, von einem Manipulator bewegt werden, der sie genau
in einen Arbeitsbereich bringt.
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Der Aufhängekopf 76 des Manipulators, d. h. jener Abschnitt des
Manipulators, der den (starr am Stück befestigten) Greifer 98
erfaßt, ist zusammen mit der beweglichen Einrichtung 66 des
Manipulators ein wesentlicher Bestandteil des Betriebssystems,
das zwei widersprüchliche Aufgaben zu erfüllen hat. Während
nämlich der Aufhängekopf einerseits eine starre Verbindung
zwischen dem Greifer zum Ergreifen des Stücks und der
beweglichen Einrichtung des Manipulators gewährleisten muß, damit
das Stück genau im Arbeitsraum positioniert werden kann, muß der
Aufhängekopf andererseits während der Realisierung der Biegung
das Stück freilassen, damit es geringfügige Bewegungen und
Drehungen ausführen kann, welche während des Biegens
herbeigeführt werden, um den Greifer 98 und die bewegliche Einrichtung
66 des Manipulators nicht zu strapazieren.
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Fig. 12 zeigt schematisch das kinematische Verhalten des
Aufhängekopfes 76. Die bewegliche Einrichtung 66 des Manipulators
trägt einen Hängekörper 168 über ein mit 170 bezeichnetes
nachgiebiges Gewichtskompensationsorgan. Ein erstes
Schwenk
element 172 ist am Hängekörper 168 angelenkt und trägt an seinem
unteren Ende ein entlang der Achse X bewegliches Gleitstück 174.
Ein zweites Schwenkelement 176 ist am Gleitstück 174 angelenkt
und trägt einen Rotationskörper 178 mit Eingriffsmitteln für den
Greifer 98, der an einem zu biegenden Blechstück 180 befestigt
ist.
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Die beschriebene Vorrichtung gewährt dem Blechstück 180 fünf
Freiheitsgrade in Form von drei translatorischen Bewegungen
entlang den Achsen X, Y und Z, einer Drehbewegung um die Achse Z
und einer Schwenkbewegung um die Achse X. Das Blechstück 180
bleibt jedoch eingeschränkt bezüglich des letzten
Freiheitsgrades, nämlich der Drehung um die Achse Y, die verhindert
werden muß, um Fehler beim Positionieren der Biegelinie in der
Ebene des Stücks (Ebene X-Z) zu vermeiden. Es sei bemerkt, daß
die geradlinige Bewegung entlang der Achse Y aus zwei
Schwenkbewegungen der Schwenkelemente 172 und 176 zusammengesetzt ist.
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Der Aufhängekopf 76 kann mittels der Klemm- und
Vorspannungseinrichtungen zum Zurückbringen der verschiedenen Elemente 168-
178 in bezug auf sämtliche Freiheitsgrade unterdrückt werden,
wodurch der Aufhängekopf zu einer bestimmten Haltung veranlaßt
wird.
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Die Fig. 13, 14 und 15 zeigen schematisch eine praktische
Ausführungsform des Aufhängekopfes, dessen kinematisches Konzept
mit jenem der Fig. 12 übereinstimmt.
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Der Hängekörper 168 wird mittels eines Gelenkparallelogramm-
Mechanismus, umfassend ein Paar obere Lenker 182 und einen
unteren Lenker 184, welche am Hängekörper 168 und an der
beweglichen Einrichtung 66 an parallelen Achsen angelenkt sind,
gegenüber der beweglichen Einrichtung 66 vertikal geführt.
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Unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 14, umfaßt die
nachgiebige Ausgleicheinrichtung eine erste Feder 186, die unter
Kompression zwischen dem Hängekörper 168 und der beweglichen
Einrichtung 66 eingesetzt ist und eine fixe Vorspannung
aufweist, die in Hinblick auf einen Gewichtsausgleich des
Aufhängekopfes 76 bestimmt wird. Eine zweite Feder 188 ist unter
Kompression parallel zur ersten Feder 186 angeordnet und hat
eine Vorspannung, die je nach Gewicht des mit dem Aufhängekopf
76 verbundenen Blechstücks 180 variieren kann. Die zweite Feder
188 ist zwischen einer am Hängekörper 168 fixierten oberen
Platte 190 und einem Kopf 192 angeordnet, der von einer Stange
194 getragen ist, welche entlang der Achse Z bewegbar ist und
von einem Motor 196 betätigt wird, der vom Steueraggregat des
Systems, dem zuvor Daten betreffend das Gewicht der zu
bearbeitenden Stücke eingegeben worden sind, gesteuert wird.
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Das erste Schwenkelement 172 ist an seinem oberen Ende an einem
Zapfen 198 angelenkt, der auch als Anlenkzapfen für den unteren
Lenker 184 des die Vertikalbewegung des Hängekörpers 168
führenden Gelenkparallelogramm-Mechanismus fungiert. An seinem unteren
Ende trägt das Schwenkelement 172 eine lineare Führung 200,
welche durch einen Rollengleitstein gebildet ist, der sich
parallel zur Achse des Zapfens 198 (d. h. entlang der Richtung
(X)) erstreckt. In die Führung 200 greift das Gleitstück 174
ein, welches einen Schwenkzapfen 204 trägt, der sich parallel
zur Achse des Zapfens 198 erstreckt und an dem das zweite
Schwenkelement 176 angelenkt ist. Das zweite Schwenkelement 176
trägt den Rotationskörper 178 mittels Lagern 206 mit vertikalen
Achsen.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 16 kann eine erste
Klemmeinrichtung, die mit 208 bezeichnet ist, gleichzeitig eine
Unterdrückung zweier Freiheitsgrade, nämlich der Drehung um die
Achse X und der Drehung um die Achse Z, bewirken. Die
Klemmeinrichtung 208 ist im Körper des Gleitstücks 174 untergebracht
und wirkt mit dem zweiten Schwenkelement 176 und mit dem
Rotationskörper 178 zusammen.
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Eine zweite Klemmeinrichtung 210 ist zwischen dem ersten
Schwenkelement 172 und dem Gleitstück 174 angeordnet, um eine
Unterdrückung hinsichtlich des Freiheitsgrades entsprechend der
Bewegung entlang der Achse X zu erreichen.
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Eine dritte Klemmeinrichtung 212 ist zwischen dem ersten
Schwenkelement 172 und dem Hängekörper 168 zur Hinderung des
Elements 172 am Schwenken um den Zapfen 198 angeordnet.
Schließ
lich ist eine (in Fig. 16 nicht sichtbare) vierte
Klemmeinrichtung zwischen dem Hängekörper 168 und der beweglichen
Einrichtung 66 vorgesehen.
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Die verschiedenen Klemmeinrichtungen haben einen im wesentlichen
identischen Aufbau und beruhen auf dem Prinzip des Ergreifens
eines an einem relativ fixen Element befestigten Teils und eines
an einem relativ beweglichen Element befestigten Teils zwischen
zwei beweglichen Scheiben.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise der zweiten Klemmeinrichtung
210 werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 18 und 19
beschrieben.
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Die Klemmeinrichtung umfaßt einen ersten und einen zweiten
Kolben 214 und 216, welche über eine Welle 218 miteinander
verbunden und zum Gleiten auf luftdichte Weise in einer Kammer 220
im ersten Schwenkelement 172 gelagert sind. Ein dritter Kolben
222 ist auf fluiddichte Weise sowohl gegenüber der Kammer 220
als auch gegenüber der Welle 218 gleitbeweglich. Der zweite und
der dritte Kolben 216 und 222 wirken über Kugelflächen 224 auf
entsprechende Druckscheiben 226 und 228, die durch ein Paar
Federn 230 und 232 auseinandergehalten werden.
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Ein erster Bereich 234 zur Zufuhr von Druckmedium (bei der
speziellen Ausführungsform Druckluft) ist zwischen dem ersten
und dem dritten Kolben 214, 222 festgelegt, und ein zweiter
Bereich 236 zur Zufuhr von Druckmedium ist zwischen dem zweiten
Kolben 216 und einer Stirnfläche der Kammer 220 festgelegt.
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Zwischen den beiden Druckscheiben 226, 228 befindet sich ein
Abschnitt 238, der einen Teil des ersten Schwenkelements 172
bildet und in dem zwei kalibrierte in einem Winkel von 120º
angeordnete Paßstifte 240 gleitbeweglich sind, um die
gegenüberliegenden Stirnflächen der Druckscheiben 226, 228 in einem
vorbestimmten Abstand auseinanderzuhalten.
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Das Gleitstück 174 trägt starr einen Anhang 242 mit einem
kalibrierten Kopf 244, der zwischen den Druckscheiben 226, 228
angeordnet ist.
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Wenn kein Druckmedium zu den Beaufschlagungsbereichen 234, 236
geleitet wird, werden die Druckscheiben 226, 228 durch die
Federn 230, 232 in der zurückgezogenen Position gehalten und
üben keine Beschränkung auf den Kopf 244 aus, und das Gleitstück
174 kann sich daher auf der Führung 200 entlang der Achse X frei
bewegen.
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Zur Klemmung des Gleitstücks 174 hinsichtlich seiner Freiheit,
sich entlang der Achse X zu bewegen, wird Druckmedium zu den
beiden Beaufschlagungsbereichen 234, 236 mit demselben Druck
zugeführt. Wird die durch den auf jeden Kolben wirkenden Druck
erzeugte Kraft mit F bezeichnet (die Kraft F ist das Produkt des
Drucks des Fluids und der dem Druck ausgesetzten Mantelfläche
des Kolbens), dann wirkt eine Kraft 2F auf die erste
Druckscheibe 226 und drängt sie in Richtung des Pfeils 246, weil die
auf den ersten Kolben 214 und den zweiten Kolben 216 wirkenden
Kräfte über die Fläche 224 auf die erste Druckscheibe 226
abgegeben werden. Eine Kraft der Größe F wirkt auf die zweite
Druckscheibe 228 und drängt diese in die mit dem Pfeil 248
angedeutete Richtung aufgrund der alleinigen Wirkung des Kolbens
222. Die erste Druckscheibe 226 nimmt so eine stabile
Lokalisierposition an der Lokalisierfläche 238 ein, während die
zweite Druckscheibe 228 die kalibrierten Zapfen 240 und den
kalibrierten Kopf 244 gegen die erste Druckscheibe 226 drückt.
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Das Gleitstück 174 wird so in eine mit großer Reproduzierbarkeit
definierte vorbestimmte Position gegenüber dem ersten
Schwenkelement 172 gebracht und bleibt in dieser Position geklemmt,
solange Medium zu den Bereichen 234, 236 geleitet wird.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise der restlichen
Klemmeinrichtungen ist identisch mit den unter Bezugnahme auf die zweite
Klemmeinrichtung 210 beschriebenen, mit der einzigen Ausnahme,
daß bei der ersten Klemmeinrichtung 208 zwei kalibrierte Köpfe
und ein einziger kalibrierter Zapfen 240 zwischen den
Druckscheiben 226 und 228 angeordnet sind, wobei die Köpfe in
winkelmäßig versetzten Positionen angeordnet sind und ein Kopf
am Schwenkelement 176 und der andere am Rotationskörper 178
befestigt ist, so daß bei Betätigung der ersten Klemmeinrichtung
gleichzeitig das zweite Schwenkelement 176 und der
Rotationskörper 178 geklemmt und in einer vorbestimmten Haltung
positioniert werden.
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Die Einrichtung zum Verbinden eines Greifers 98 mit dem
Aufhängekopf 76 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 17 und 18
beschrieben. Diese Einrichtung ist allgemein mit 250 bezeichnet
und umfaßt einen Kolben 252, der auf fluiddichte Weise in einer
Kammer 254 innerhalb eines Elements 256 gleitbar ist, welches
Teil des Rotationskörpers 178 ist. Das Rotationselement 178 hat
einen konischen Sitz 258 zur Aufnahme des Schaftes 106 des
Greifers 98. Dieser Kolben 252 trägt sechs Greiffinger 260, von
denen nur zwei sichtbar sind, welche nachgiebig
auseinanderbewegt werden können und koaxial zum konischen Sitz 258 verlaufen.
Jeder Finger 260 ist an seinem unteren Ende mit einem Vorsprung
260a mit einer sich verjüngenden Oberfläche 260b ausgebildet. An
der Innenseite der Eingriffsfinger 260 befindet sich eine Welle
262, die am Element 256 befestigt ist. Die Eingriffsfinger 260
sollen in ihrer (in Fig. 18 gezeigten) auseinandergespreizten
Konfiguration im Sitz 110 des Greifers 98 in Eingriff sein.
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Eine zylindrische Schraubendruckfeder 264 ist zwischen dem
Rotationskörper 178 und dem Kolben 252 eingesetzt. Zwei Kammern,
die an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 252 zur Versorgung
mit Druckmedium ausgebildet sind, sind mit 266 bzw. 268
bezeichnet.
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In der Konfiguration gemäß Fig. 17 wird der Kolben 252 gegen die
Druckwirkung der Feder 264 durch den Druck des der oberen Kammer
266 zugeführten Mediums in seiner abgesenkten Position gehalten.
In dieser Konfiguration sind die Eingriffsfinger 260 nicht
verformt und außer Eingriff mit dem Sitz 110 des Greifers 98,
welcher daher durch eine Relativbewegung entlang der Achse Z vom
Aufhängekopf gelöst werden kann.
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Die Klemmkonfiguration der Verbindungseinrichtung 250 ist in
Fig. 18 gezeigt. In dieser Konfiguration wird das Druckmedium in
die Kammer 268 geleitet, und die Kraft des Mediums kommt zur
Druckwirkung der Feder 264 hinzu. Die Eingriffsfinger 260 werden
aufgrund ihrer Reaktion gegenüber der Welle 262
auseinander
bewegt, und die Vorsprünge 260a kommen in Eingriff mit dem Sitz
110, wodurch der Greifer 98 fest mit dem Rotationskörper 178
verbunden wird. Es sei bemerkt, daß die Eingriffsfinger 260 auch
eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Greifer 98 ausüben,
wodurch der feste Eingriff zwischen den konischen Flächen des
Schaftes 106 und des Sitzes 258 gesichert ist.
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Fig. 18 zeigt auch den Eingriff zwischen dem Winkelpaßstift 112
des Greifers 98 und einem Sitz 270 des Rotationskörpers 178. Eine
Ringfeder 271 ist zur Aufnahme von Spiel zwischen dem Sitz 270 und
dem Zapfen 112 vorgesehen.