EP2331302A1 - Vorrichtung und verfahren zur handhabung von an handhabungsgeräten angebrachten werkzeugen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur handhabung von an handhabungsgeräten angebrachten werkzeugen

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Publication number
EP2331302A1
EP2331302A1 EP09737340A EP09737340A EP2331302A1 EP 2331302 A1 EP2331302 A1 EP 2331302A1 EP 09737340 A EP09737340 A EP 09737340A EP 09737340 A EP09737340 A EP 09737340A EP 2331302 A1 EP2331302 A1 EP 2331302A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
handling device
tool holder
spindle drive
storage space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09737340A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Gfatter
Rainer Krappinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB AG Austria
Original Assignee
ABB AG Austria
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB AG Austria filed Critical ABB AG Austria
Publication of EP2331302A1 publication Critical patent/EP2331302A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
    • B25J15/0491—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof comprising end-effector racks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/1552—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling parts of devices for automatically inserting or removing tools
    • B23Q3/15553—Tensioning devices or tool holders, e.g. grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/155—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling
    • B23Q3/157—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools
    • B23Q3/15706—Arrangements for automatic insertion or removal of tools, e.g. combined with manual handling of rotary tools a single tool being inserted in a spindle directly from a storage device, i.e. without using transfer devices

Definitions

  • the invention relates to a used as a machine tool handling device, for example, a multi-axis industrial robot, with at least one movable articulated arm, at its free end a spindle drive for a tool holder with a tool is arranged.
  • a machine tool handling device for example, a multi-axis industrial robot, with at least one movable articulated arm, at its free end a spindle drive for a tool holder with a tool is arranged.
  • robots are increasingly being used as a machine tool, with the at least one movable robotic arm being provided at its free end with a spindle drive which serves as a drive for a respective tool held in a tool holder.
  • a hurdle in the automated use of robots prepares the tool change, that is, the assembly of the respective required tool, which is usually taken from a tool storage system.
  • tool storage systems were used in machine tools for machining centers. These are used to provide different tools, that is, depending on the design, manufacturing process and / or dimension for the respective manufacturing step.
  • tool storage systems offer the advantage that for a tool change no plant operator or supervisor must enter the plant or in the process to perform the tool change.
  • tool storage systems are used to perform different applications or manufacturing processes with different tools or manipulators.
  • a tool storage system consists of individual tool storage locations. The arrangement of the storage places results from the tradition of the machine tools or from requirements to the plant. The differing designs of the tool storage system have an influence on the arrangement or on the design of the tool storage space.
  • the tool depositing stations can be designed such that the tool is only stored and remains in position by its own weight, that is to say by gravity, or by the design of the depositing station. But it may also be necessary that the tool is held in position by preferably remotely operable clamping means.
  • Such clamping means can be actuated pneumatically, electrically or hydraulically.
  • At least one supply line and a controller with program logic are usually required to carry out the tensioning process which is to be considered for tool depositing places.
  • the movable articulated arm moves the spindle drive to a designated tool storage space where it receives the stored there with the respective tool tool holder relationship or- in it.
  • the unit of tool and tool holder is always meant.
  • the tool holder is prepared on the one hand for connection to the spindle drive, preferably for automatic connection, and on the other hand provided for receiving each tool with which the tool holder virtually forms a structural unit.
  • the already known tool storage space is designed to be modular in a further improvement of the invention. That is, it can be expanded with one or more similar tool storage spaces to a tool storage system that can be approached and used by one or more used as a machine tool handling equipment.
  • the tool holders of the respective modular tool storage space can be adapted to the respective tool provided for storage.
  • the adaptation can also be ensured by the fact that the tool holder of the modular tool storage space is interchangeable for the purpose of adaptation to the respective tool provided for storage.
  • each modular tool storage space is equipped with a tool presence sensor, which detects and displays the state of charge of the respective tool storage space.
  • the two-part body also provides the guide for the pivoting gripping jaws, which are acted upon by means of the spring also provided in the closing direction to each other.
  • the spring device can act both simultaneously gripping jaws and be arranged so that each of the gripping jaws is acted upon independently of the other, that is, each jaw is associated with at least one spring.
  • the springs may be designed as coil springs, ajß leaf springs, as coil springs or optionally as compression springs or as tension springs
  • the handling device for tool change namely the tool holder or tool tray, the intended tool storage space webs or force-controlled ana. It proves to be advantageous that the handling device for the tool change the removal position or transfer position reaches the intended tool storage space, which is given due to the inherent tolerance a very good compensation for low local deviations.
  • the handling device in the removal position with the spindle drive locks and removes the tool holder stored in the tool rest.
  • the handling device and the recorded tool which is virtually integrally connected to the tool holder, form a unit.
  • the handling device for depositing a tool annd the intended tool tray, which stores the tool holder connected to the spindle drive therein, then releases the lock and away from the tool storage area, that is without tool holder.
  • the tool holder is adapted to the respectively provided spindle drive tool holder standards, for example ISO or HSK.
  • the tool holders controlled by the handling device can be adapted to other spindle drive tool holder standards, for example ISO or HSK, by exchanging their respective guide parts and their gripping jaws.
  • the relevant parts namely the respective guide part and the two gripping jaws, which are preferably simply connected to the tool holder, can be easily solved.
  • a method for automated handling held by a arranged at the free end of an articulated arm of a manipulator spindle drive tool holder, which is provided at a tool change for filing in a modular tool storage space characterized in that the tool holder web or force-controlled by the handling device provided tool tray is promoted and brought into engagement with it, that the tool change, namely the tool tray, the locking of the spindle drive is released in the tool holder and that the spindle drive is removed from the handling device of the relevant tool storage location.
  • the spindle drive is conveyed by the handling device web or force controlled to the intended modular tool storage space, inserted into the tool holder therein and is raised and engaged with this, whereupon for the purpose of tool holder the spindle drive is locked in the tool holders ng and the spindle drive together with the non-positively and positively connected tool holder is moved away from the handling device of the relevant tool storage space.
  • the method for the automated handling of the change of a tool holder actuated by a handling device is characterized in that the movement sequences of the handling device are carried out manually or by means of programmed control.
  • the starting point of the invention is a handling device, for example an industrial robot, with a spindle drive.
  • the spindle drive is equipped with a manual or automatic tool changer.
  • the invention relates to a system of the aforementioned handling device and a modular tool storage space with a standardized mechanical interface, which manages without additional power supply.
  • a tool storage system can be individually assembled and expanded through a standardized mechanical interface.
  • the mechanical interface is designed so that the individual tool storage locations can be connected to each other and thus the tool memory is arbitrarily expandable. Due to the modularity, the number of tool storage locations is freely selectable.
  • the modular design of the tool storage space is adaptable to the various spindle drive tool holder standards, for example HSK or ISO. In this case, only the recordings of the modular tool storage space need to be changed.
  • the tool tray requires no additional power supply to hold the tool in place.
  • the integrated tool presence sensor signal is processed programmatically and uses the graphical user interface (HMI) of the programming device to inform the operator of the current status via the tool storage location as well as the condition of the relevant tool, for example with regard to wear or its dimension ,
  • HMI graphical user interface
  • the respective status when changing the tool of a handling device is displayed on a graphical user interface.
  • Figure 1 shows a tool storage space according to the invention in an oblique view from above.
  • Fig. 2 shows the tool storage space of FIG. 1 in three different positions when placing a tool
  • Fig. 3 shows the tool storage space of FIG. 1 in three different positions when receiving a tool.
  • a tool tray 10 is shown according to the invention in an oblique view from above. It has a base body 12, which consists of two parts 14, 16, in which two mirror-symmetrical gripping jaws 18 are arranged pivotably.
  • the main body 10 has a rectangular basic structure with beveled corners, which offers the best conditions for a modular construction of a tool store formed from a plurality of tool depositing places 10 according to the invention.
  • the lower part 14 of the main body 12 forms the pivot base for the two gripping jaws 18, which are covered by the upper part 16 of the base body 12.
  • a spring means not shown in detail is arranged in the base body 12, which acts on both gripping jaws 18 in the closed position.
  • the legs of the gripping jaws 18 extend parallel to the side edges of the main body 12.
  • a guide member 20 is disposed on the front access side, which is provided with a semicircular support ring 22 which serves as a support collar and as a guide for a tool which is stored in the tool storage space 10.
  • This semicircular bearing ring 22 is continued in respective projections 24 on the inner sides of the two gripping jaws 18.
  • the gripping jaws 18 are provided with bevels which are referred to as lead-in chamfers 28. provided, which provide for a pressure-controlled opening of the gripping jaws 18 and thus access to the tool storage space 10 and the secure recording of a tool that is provided for storage in the tool storage space 10.
  • a loading or presence sensor 26 is arranged centrally on the upper part 16 of the base body 10, which is activated by the tool when storing a tool in the tool storage space 10 and thus displays the state of charge of the tool storage space 10.
  • the two jaws 18 limit in the closed position each about an eight-circle, wherein between the mutually facing free ends of the gripping jaws 18, a gap is provided which serves the storage or recording of a located in the tool storage space 10 tool.
  • the industrial robot moves to the tool storage location at the selected tool storage location 10, either due to program or manual selection.
  • the industrial robot moves linear web-controlled or force-controlled with the equipped with tool holder on the spindle drive to the tool storage space 10.
  • the gripping jaws 18 are equipped with a guide aid for the respective tool holder types.
  • the provided with the tool holder 30 at the free end of the robot arm is pressed against the Einzhoufase 24 to the jaws 18 and due to the force of the industrial robot open the jaws 18.
  • the arrangement of the gripping jaws 18 and the spring is provided so that the tool tray 10 a gewis - allows tolerance in the lateral offset during insertion.
  • the tool holder 30 slides on the guides 22, 24 in the tool tray.
  • the jaws close 18 and thereby fix the tool holder 30 in its position.
  • the tool presence sensor system 26 reports "tool present” and the message is processed further in the program routine and is displayed to the operator.
  • the spindle drive releases the tool holder 30 after releasing the integrated lock and the industrial robot moves to a safe position Gripping jaws closed until the end position and thereby ensure a repeatable and secure removal and receiving position of the tool holder 30 for the tool change.
  • the industrial robot moves to the removal position in the tool store with the spindle spindle drive empty.
  • the selection of the tool to be retrieved can be made programmatically or by selection by the operator.
  • the industrial robot travels in a linear, path-controlled or force-controlled manner to the removal position.
  • the spindle drive locks the tool holder and moves out of the tool rest 10.
  • the tool holder 30 presses the gripping jaws 18 and overcomes the closing force of the spring.
  • the arrangement of the spring and the gripping jaws 18 allows a lateral tolerance. When the largest diameter of the tool holder 30 has overcome the gripping jaws 18, they close again by the spring force.
  • the tool presence sensor system 26 reports "No tool present", this message is further processed in the program routine for the operator to be visibly displayed
  • the industrial robot travels with the tool holder in the spindle drive to a safe position and waits for further input from the operator or continues in the program sequence.
  • List of Reference Tool restraints Main body Lower part Upper part Gripping jaws Guide part Semicircular supporting ring Forming on the gripping jaws Presence sensor Insertion chamfer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein als Werkzeugmaschine eingesetztes Handhabungsgerät, zum Beispiel einen mehrachsigen Industrieroboter, mit wenigstens einem beweglichen Gelenkarm, an dessen freiem Ende ein Spindelantrieb für einen Werkzeughalter (30) mit einem Werkzeug angeordnet ist, wobei der Gelenkarm den Spindelantrieb zu einem vorgesehenen Werkzeugablageplatz (10) bewegt, wo dieser den mit Werkzeug versehenen Werkzeughalter aufnimmt beziehungsweise darin ablegt sowie ein Verfahren zur Durchführung der automatisierten Handhabung.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von an Handhabungsgeräten angebrachten Werkzeugen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein als Werkzeugmaschine eingesetztes Handhabungsgerät, zum Beispiel einen mehrachsigen Industrieroboter, mit wenigstens einem beweglichen Gelenkarm, an dessen freiem Ende ein Spindelantrieb für einen Werkzeughalter mit einem Werkzeug angeordnet ist.
Mit Zunahme der Automatisierung werden verstärkt Roboter zum Einsatz als Werkzeugmaschine gebracht, wobei der wenigstens eine bewegliche Roboterarm an seinem freien Ende mit einem Spindelantrieb ausgestattet ist, der als Antrieb für ein jeweiliges in einem Werkzeughalter gehaltenes Werkzeug dient. Eine Hürde bei dem automatisierten Einsatz der Roboter bereitet der Werkzeugwechsel, das heißt die Bestückung mit dem jeweils erforderlichen Werkzeug, das üblicherweise aus einem Werkzeugspeichersystem entnommen wird.
Ursprünglich wurden Werkzeugspeichersysteme im Bereich Werkzeugmaschinen für Bearbeitungszentren verwendet. Diese werden eingesetzt, um unterschiedliche Werkzeuge, das heißt je nach Bauform, Fertigungsverfahren und/oder Dimension für den jeweiligen Fertigungsschritt bereitzustellen.
Diese sogenannten Werkzeugspeichersysteme bieten den Vorteil, dass für einen Werkzeugwechsel kein Anlagenbediener oder -betreuer in die Anlage oder in den Prozess eintreten muss, um den Werkzeugwechsel durchzuführen.
Gängige Werkzeugspeichersysteme werden entweder gemäß einem Standard ausgeführt oder aber sie sind für eine spezielle Anwendung als Sonderlösung vorgesehen. Hierin liegt der Grund, dass ein Werkzeugspeichersystem nicht oder nur schwer erweiterbar ist. Dies bedeutet aber auch, dass die Anordnung der Werkzeuge nicht frei wählbar ist.
In der Werkzeugmaschinentechnik und bei Handhabungsgeräten werden Werkzeugspeichersysteme verwendet, um unterschiedliche Anwendungen oder Fertigungsverfahren mit unterschiedlichen Werkzeugen beziehungsweise Manipulatoren durchzuführen. Ein Werkzeugspeichersystem besteht aus einzelnen Werkzeugablageplätzen. Die Anordnung der Ablageplätze resultiert aus der Tradition der Werkzeugmaschinen beziehungsweise aus Anforderungen an die Anlage. Die differierenden Bauformen des Werkzeugspeichersystems haben Einfluss auf die Anordnung beziehungsweise auf die Gestaltung des Werkzeugablageplatzes.
Die Werkzeugablageplätze können einerseits so ausgeführt sein, dass das Werkzeug nur abgelegt wird und durch das Eigengewicht, das heißt durch die Schwerkraft, oder durch die Bauform des Ablageplatzes auf Position bleibt. Es kann aber auch erforderlich sein, dass das Werkzeug durch vorzugsweise fernbetätigbare Spannmittel in Position gehalten wird. Solche Spannmittel können pneumatisch, e- lektrisch oder hydraulisch betätigt sein.
Darüber hinaus werden für die Durchführung der bei Werkzeugablageplätzen in Betracht kommenden Spannverfahren zu deren Betätigung üblicherweise wenigstens eine Versorgungsleitung sowie eine Steuerung mit Programm Logik benötigt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für einen als Werkzeugmaschine eingesetzten mehrachsigen Industrieroboter der eingangs genannten Art eine Möglichkeit für einen raschen und zuverlässig arbeitenden Werkzeugwechsel zu schaffen sowie ein Verfahren zur Handhabung der aufgezeigten Möglichkeit anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen, dass der bewegliche Gelenkarm den Spindelantrieb zu einem vorgesehenen Werkzeugablageplatz bewegt, wo dieser den dort abgelegten mit dem jeweiligen Werkzeug bestückten Werkzeughalter aufnimmt beziehungswei- se darin ablegt. Wenn im Weiteren von Werkzeug die Rede ist, so ist stets die Einheit von Werkzeug und Werkzeughalter gemeint.
Der Werkzeughalter ist einerseits zum Anschluss an den Spindelantrieb vorbereitet, vorzugsweise zum selbsttätigen Anschluss, und andererseits zur Aufnahme jedes Werkzeugs vorgesehen, mit welchem der Werkzeughalter quasi eine Baueinheit bildet.
Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, dass der an sich bereits bekannte Werkzeugablageplatz in weiterer Verbesserung der Erfindung modular gestaltet ist. Das heißt, er kann mit einem oder mehr gleichartigen Werkzeugablageplätzen zu einem Werkzeugspeichersystem ausgebaut werden, das von einem oder mehreren als Werkzeugmaschine eingesetzten Handhabungsgeräten angefahren und genutzt werden kann.
Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung sind die Werkzeugaufnahmen des jeweiligen modularen Werkzeugablageplatzes an das jeweils zur Ablage vorgesehene Werkzeug anpassbar.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung kann die Anpassung auch dadurch gewährleistet sein, dass die Werkzeugaufnahme des modularen Werkzeugablageplatzes zwecks Anpassung an das jeweils zur Ablage vorgesehene Werkzeug auswechselbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder modulare Werkzeugablageplatz mit einer Werkzeugpräsenzsensorik ausgestattet, welche jeweils den Ladezustand des betreffenden Werkzeugablageplatzes erfasst und zur Anzeige bringt.
Damit ist gewährleistet, insbesondere wenn der gesamte Werkzeugwechsel programmgesteuert durchgeführt wird, dass das betreffende Handhabungsgerät den Spindelantrieb an seinem Gelenkarm nicht zwecks Aufnahme eines Werkzeugs zu einem leeren Werkzeugablageplatz bewegt beziehungsweise dass der Handhabungsgerät nicht versucht, den mit einem Werkzeughalter bestückten Spindelantrieb an einem bereits besetzten Werkzeugablageplatz abzulegen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist jeder modulare Werkzeugablageplatz einen zweiteiligen Grundkörper, zwei Greifbacken und eine aus einer oder mehreren Federn bestehende Federeinrichtung zur Beaufschlagung der Greifbacken auf. Hierbei bietet der zweiteilige Grundkörper gleichzeitig auch die Führung für die schwenkbeweglichen Greifbacken, die mittels der ebenfalls vorgesehenen Feder in Schließrichtung aufeinander zu beaufschlagt sind.
Die Federeinrichtung kann dabei sowohl gleichzeitig beide Greifbacken beaufschlagen als auch so angeordnet sein, dass jede der Greifbacken unabhängig von der anderen beaufschlagt ist, das heißt, jeder Greifbacke ist wenigstens eine Feder zugeordnet. Dabei können die Federn als Schraubenfedern, ajß Blattfedern, als Spiralfedern oder auch gegebenenfalls als Druckfedern beziehungsweise als Zugfedern ausgebildet sein
Vorzugsweise ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Handhabungsgerät zum Werkzeugwechsel, nämlich zur Werkzeugaufnahme beziehungsweise zur Werkzeugablage, den vorgesehenen Werkzeugablageplatz bahn- oder kraftgesteuert anfährt. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass das Handhabungsgerät zum Werkzeugwechsel die Entnahmeposition beziehungsweise Übergabeposition an dem vorgesehenen Werkzeugablageplatz erreicht, wobei aufgrund der inhärenten Toleranz eine sehr gute Ausgleichsmöglichkeit für geringe örtliche Abweichungen gegeben ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Handhabungsgerät in der Entnahmeposition mit dem Spindelantrieb die in der Werkzeugablage abgelegte Werkzeughalterung arretiert und entnimmt. Dies bedeutet, dass das Handhabungsgerät und das aufgenommene Werkzeug, das quasi einstückig mit dem Werkzeughalter verbunden ist, eine Einheit bilden.
Entsprechend ist für einen Werkzeugwechsel vorgesehen, dass das Handhabungsgerät zum Ablegen eines Werkzeuges die vorgesehene Werkzeugablage anfährt, die mit dem Spindelantrieb verbundene Werkzeughalterung darin ablegt, dann die Arretierung löst und sich von dem Werkzeugablageplatz entfernt, das heißt ohne Werkzeughalterung. Entsprechend der Erfindung kann grundsätzlich jeder Werkzeughalter zum Einsatz kommen, wobei der Werkzeughalter an die jeweils vorgesehenen Spindelantriebs- Werkzeughalter-Standards, zum Beispiel ISO oder HSK, angepasst ist.
Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass die vom Handhabungsgerät angesteuerten Werkzeugaufnahmen durch jeweiligen Austausch ihres Führungsteils sowie ihrer Greifbacken an andere Spindelantriebs-Werkzeughalter-Standards, zum Beispiel ISO oder HSK, anpassbar sind. Dabei können die betreffenden Teile, nämlich das jeweilige Führungsteil und die beiden Greifbacken, die vorzugsweise einfach mit der Werkzeugaufnahme verbunden sind, leicht gelöst werden.
Ferner ist auch ein Verfahren anzugeben, nach welchem das erfindungsgemäße Zusammenwirken des mit Spindelantrieb und daran gekoppelten Werkzeughalter ausgestatteten Handhabungsgerätes mit einem modular gestalteten Werkzeugablageplatz erfolgt.
Demgemäß ist ein Verfahren zur automatisierten Handhabung einer von einem am freien Ende eines Gelenkarms eines Handhabungsgerätes angeordneten Spindelantrieb gehaltenen Werkzeug halterung, welche bei einem Werkzeugwechsel zur Ablage in einem modularen Werkzeugablageplatz vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughalterung vom Handhabungsgerät bahn- oder kraftgesteuert zum vorgesehenen Werkzeugablageplatz gefördert und mit dieser in Eingriff gebracht wird, dass zum Werkzeugwechsel, nämlich zur Werkzeugablage, die Arretierung des Spindelantriebs in der Werkzeughalterung gelöst wird und dass der Spindelantrieb vom Handhabungsgerät von dem betreffenden Werkzeugablageplatz entfernt wird.
In gleicher Weise läuft auch das Verfahren ab, das zur automatisierten Handhabung eines am freien Ende eines Gelenkarms eines Handhabungsgerätes angeordneten Spindelantriebs, welcher bei einem Werkzeugwechsel zur Aufnahme einer Werkzeughalterung an einem modularen Werkzeugablageplatz vorgesehen ist.
Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird der Spindelantrieb vom Handhabungsgerät bahn- oder kraftgesteuert zum vorgesehenen modularen Werkzeugablageplatz gefördert, in die darin befindliche Werkzeughalterung eingeführt und angehoben und mit dieser in Eingriff gebracht wird, woraufhin zwecks Werkzeugaufnahme der Spindelantrieb in der Werkzeughaltern ng arretiert wird und der Spindelantrieb mitsamt der daran kraft- und formschlüssig verbundenen Werkzeug- halterung vom Handhabungsgerät von dem betreffenden Werkzeugablageplatz wegbewegt wird.
In Ergänzung zu den vorstehend erläuterten Verfahrensabläufen gemäß der Erfindung ist in Weiterbildung der Erfindung das Verfahren zur automatisierten Handhabung des Wechsels eines von einem Handhabungsgerät betätigten Werkzeughalters dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung der Bewegungsabläufe des Handhabungsgerätes manuell oder mittels programmierter Steuerung erfolgt.
Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass ein jeglicher manueller Eingriff unterbleiben kann, da das aus dem mit Werkzeug bestückten Handhabungsgerät einerseits und der Werkzeugablage andererseits gebildete System aufgrund seiner erfindungsgemäßen Gestaltung selbsttätig miteinander funktioniert.
Zusammenfassend werden die wesentlichen Aspekte über der Erfindung nochmals kurz aufgezeigt.
Als Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Handhabungsgerät, beispielhaft ein Industrieroboter, mit einem Spindelantrieb anzusehen. Der Spindelantrieb ist mit einem manuellen oder automatischen Werkzeugwechsler ausgestattet.
Gegenstand der Erfindung ist ein System aus dem vorgenannten Handhabungsgerät und einem modularen Werkzeugablageplatz mit einer standardisierten mechanischen Schnittstelle, welcher ohne zusätzliche Energieversorgung auskommt.
Auf Grundlage des modularen Werkzeugablageplatzes kann ein Werkzeugspeichersystem individuell durch eine standardisierte mechanische Schnittestelle zusammengestellt und erweitert werden. Die mechanische Schnittstelle ist dabei so ausgeführt, dass die einzelnen Werkzeugablageplätze miteinander verbunden werden können und dadurch der Werkzeugspeicher beliebig erweiterbar ist. Durch die Modu- larität ist die Anzahl der Werkzeugablageplätze freiwählbar. Die Modulbauform des Werkzeugablageplatzes ist adaptierbar auf die verschiedenen Spindelantriebs-Werkzeughalter-Standards, zum Beispiel HSK oder ISO. Dabei müssen nur die Aufnahmen des modularen Werkzeugablageplatzes gewechselt werden. Der Werkzeugablageplatz benötigt keine zusätzliche Energieversorgung um das Werkzeug in Position zu halten.
Das Signal der integrierten Werkzeugpräsenzsensorik wird programmtechnisch verarbeitet und gibt dem Bediener über die grafische Oberfläche (HMI - Human Machine Interface) des Programmier-Handgerätes den aktuellen Status über den Werkzeugablageplatz wie auch über den Zustand des betreffenden Werkzeugs, zum Beispiel hinsichtlich Verschleiß oder seiner Abmessung bekannt.
Ferner ist auch vorgesehen, dass der jeweilige Status beim Werkzeugwechsel eines Handhabungsgerätes auf einer grafischen Bedieneroberfläche zur Anzeige gebracht wird.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, die Daten des Lagerortes eines Werkzeuges, dessen jeweilige Größe oder Abmessung, dessen Gebrauchsdauer beziehungsweise dessen Auswechslungszeitpunkt wegen Verschleiß zu erfassen, so dass sie jederzeit von der Bedienperson abrufbar sind. Ergänzend kann ferner bei Erreichen der Verschleißgrenze eines Werkzeuges ein Alarm ausgelöst werden, der die Einleitung entsprechender Maßnahmen herbeiführt.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Werkzeugablageplatz in Schrägansicht von oben;
Fig. 2 den Werkzeugablageplatz gemäß Fig. 1 in drei verschiedenen Stellungen beim Ablegen eines Werkzeuges
und
Fig. 3 den Werkzeugablageplatz gemäß Fig. 1 in drei verschiedenen Stellungen beim Aufnehmen eines Werkzeugs.
In Fig. 1 ist ein Werkzeugablageplatz 10 gemäß der Erfindung in Schrägansicht von oben dargestellt. Er besitzt einen Grundkörper 12, der aus zwei Teilen 14, 16 besteht, in welchem zwei spiegelsymmetrische Greifbacken 18 schwenkbeweglich angeordnet sind.
Der Grundkörper 10 hat eine rechteckige Grundstruktur mit abgeschrägten Ecken, welche beste Voraussetzungen für einen modularen Aufbau eines aus einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Werkzeugablageplätzen 10 gebildeten Werkzeugspeichers bietet.
Der untere Teil 14 des Grundkörpers 12 bildet die Schwenkbasis für die beiden Greifbacken 18, die von dem oberen Teil 16 des Grundkörpers 12 abgedeckt sind.
Ferner ist in dem Grundkörper 12 eine nicht näher gezeigte Federeinrichtung angeordnet, welche beide Greifbacken 18 in Schließstellung beaufschlagt. Hierbei verlaufen die Schenkel der Greifbacken 18 parallel zu den Seitenkanten des Grundkörpers 12.
An den oberen Teil 16 des Grundkörpers 12 ist an dessen vorderer Zugangsseite ein Führungsteil 20 angeordnet, das mit einem halbkreisförmigen Tragkranz 22 versehen ist, der als Stützkragen und als Führung für ein Werkzeug dient, das in dem Werkzeugablageplatz 10 abgelegt ist.
Dieser halbkreisförmigen Tragkranz 22 findet seine Fortsetzung jeweils in entsprechenden Anformungen 24 an den Innenseiten der beiden Greifbacken 18. An ihren freien Enden sind die Greifbacken 18 mit als Einführfase 28 bezeichneten Anschrä- gungen versehen, die für einen druckgesteuertes Öffnen der Greifbacken 18 und damit den Zugang zum Werkzeugablageplatz 10 und die sichere Aufnahme eines Werkzeuges sorgen, das zur Ablage in dem Werkzeugablageplatz 10 vorgesehen ist.
Schließlich ist am oberen Teil 16 des Grundkörpers 10 mittig ein Lade- oder Präsenzsensor 26 angeordnet, der bei Ablage eines Werkzeugs in den Werkzeugablageplatz 10 vom Werkzeug aktiviert wird und so den Ladezustand des Werkzeugablageplatzes 10 anzeigt.
Die beiden Greifbacken 18 begrenzen in Schließstellung jeweils etwa einen Achtelkreis, wobei zwischen den sich einander zugewandten freien Enden der Greifbacken 18 eine Lücke vorgesehen ist, welche der Ablage beziehungsweise der Aufnahme eines im Werkzeugablageplatz 10 befindlichen Werkzeuges dient.
Wenn ein anderer Werkzeughaltertyp zum Einsatz kommt, bereitet es mit der Erfindung keinerlei Schwierigkeiten, das Führungsteil 20 sowie die beiden Greifbacken 18 komplett gegen solche auszutauschen, die an den neuen Werkzeughaltertyp ange- passt sind.
Im Folgenden soll anhand der Fig. 2 der Werkzeugwechsel, und zwar der Ablagevorgang erläutert werden.
Bei der Initialisierung für einen Werkzeugwechsel fährt der Industrieroboter in die Position beim Werkzeugspeicher zu dem gewählten Werkzeugablageplatz 10, entweder aufgrund programmtechnischer oder manueller Auswahl. Der Industrieroboter fährt linear bahngesteuert oder kraftgesteuert mit dem mit Werkzeug bestückten Werkzeughalter am Spindelantrieb zu dem Werkzeugablageplatz 10. Die Greifbacken 18 sind mit einer Führungshilfe für den jeweiligen Werkzeughaltertypen ausgestattet.
Der mit dem Werkzeughalter 30 am freien Ende versehene Roboterarm wird gegen die Einführfase 24 an den Greifbacken 18 gedrückt und aufgrund der Krafteinwirkung des Industrieroboters öffnen sich die Backen 18. Die Anordnung der Greifbacken 18 und der Feder ist so vorgesehen, dass die Werkzeugablage 10 eine gewis- se Toleranz im seitlichen Versatz beim Einführvorgang ermöglicht. Der Werkzeughalter 30 gleitet auf den Führungen 22, 24 in die Werkzeugablage. Infolge der Federkraft schließen sich die Greifbacken 18 und fixieren hierdurch den Werkzeughalter 30 in seiner Position. Die Werkzeugpräsenzsensorik 26 meldet „Werkzeug vorhanden" und die Meldung wird weiterverarbeitet in der Programmroutine und wird für den Bediener sichtbar dargestellt. Der Spindelantrieb gibt nach Lösen der integrierten Arretierung den Werkzeughalter 30 frei und der Industrieroboter fährt auf eine sichere Position. Durch die Federkraft werden die Greifbacken bis Endlage geschlossen und gewährleisten dadurch eine wiederholbare und gesicherte Ab- und Aufnahmeposition des Werkzeughalters 30 für den Werkzeugwechsel.
Nun soll der Vorgang des Werkzeugwechsels beim Aufnahmevorgang eines Werkzeugs erläutert werden.
Bei der Initialisierung der Werkzeugaufnahme fährt der Industrieroboter mit leerem Spindelantrieb zur Entnahmeposition im Werkzeugspeicher. Die Auswahl des zu holenden Werkzeuges kann programmtechnisch oder durch Auswahl durch den Bediener erfolgen. Der Industrieroboter fährt linear bahngesteuert oder kraftgesteuert auf die Entnahmeposition. Der Spindelantrieb arretiert den Werkzeughalter und fährt aus der Werkzeugablage 10 heraus. Der Werkzeughalter 30 drückt dabei die Greifbacken 18 auf und überwindet die Schließkraft der Feder. Die Anordnung der Feder und der Greifbacken 18 gestattet eine seitliche Toleranz. Wenn der größte Durchmesser des Werkzeughalters 30 die Greifbacken 18 überwunden hat, schließen sich diese durch die Federkraft wieder. Die Werkzeugpräsenzsensorik 26 meldet „Kein Werkzeug vorhanden", diese Meldung wird weiterverarbeitet in der Programmroutine für den Bediener sichtbar dargestellt. Der Industrieroboter fährt mit dem Werkzeughalter im Spindelantrieb auf eine sichere Position und wartet auf weitere Eingaben seitens des Bedieners oder fährt im Programmablauf fort. Bezugszeichenliste Werkzeugablageplatz Grundkörper unterer Teil oberer Teil Greifbacken Führungsteil halbkreisförmiger Tragkranz Anformung an den Greifbacken Präsenzsensor Einführfase

Claims

Patentansprüche
1. Als Werkzeugmaschine eingesetztes Handhabungsgerät, insbesondere mehr- achsiger Industrieroboter, mit wenigstens einem beweglichen Gelenkarm, an dessen freiem Ende ein Spindelantrieb für einen Werkzeughalter mit einem Werkzeug angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsgerät den an dem Gelenkarm angeordneten Spindelantrieb zu einem vorgesehenen Werkzeugablageplatz bewegt, wo dieser den mit Werkzeug versehenen Werkzeughalter aufnimmt beziehungsweise darin ablegt.
2. Handhabungsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugablageplatz modular gestaltet ist.
3. Handhabungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahmen des jeweiligen modularen Werkzeugablageplatzes an das jeweils zur Ablage vorgesehene Werkzeug anpassbar sind.
4. Handhabungsgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme des modularen Werkzeugablageplatzes zwecks Anpassung an das jeweils zur Ablage vorgesehene Werkzeug auswechselbar ist.
5. Handhabungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder modulare Werkzeugablageplatz mit einer Werkzeugprä- senzsensorik ausgestattet ist.
6. Handhabungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugpräsenzsensorik den Ladezustand des betreffenden Werkzeugablageplatzes erfasst und zur Anzeige bringt.
7. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder modulare Werkzeugablageplatz einen zweiteiligen Grundkörper, zwei Greifbacken und eine Federeinrichtung zur Beaufschlagung der Greifbacken aufweist.
8. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsgerät zum Werkzeugwechsel, nämlich zur Werkzeugaufnahme beziehungsweise zur Werkzeugablage, den vorgesehenen Werkzeugablageplatz bahn- oder kraftgesteuert anfährt.
9. Handhabungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsgerät zum Werkzeugwechsel die Entnahmeposition beziehungsweise Übergabeposition an dem vorgesehenen Werkzeugablageplatz linear anfährt.
10. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsgerät in der Entnahmeposition mit dem Spindelantrieb die in der Werkzeugablage abgelegte Werkzeughalterung arretiert und entnimmt.
11. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handhabungsgerät zum Ablegen eines Werkzeuges die vorgesehene Werkzeugablage anfährt, die mit dem Spindelantrieb verbundene Werkzeughalterung darin ablegt, die Arretierung löst arretiert und sich ohne Werkzeughalterung entfernt.
12. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter an die jeweils vorgesehenen Spindelan- triebs-Werkzeughalter-Standards, zum Beispiel ISO oder HSK, anpassbar ist.
13. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme hinsichtlich ihrer Anordnung der Greif- backen und bezüglich deren Dreh- beziehungsweise Schwenkpunkte sowie der Angriffspunkte der Federeinrichtung einen Toleranzausgleich ermöglichen.
14. Handhabungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Handhabungsgerät angesteuerten Werkzeugaufnahmen durch jeweiligen Austausch ihres Führungsteils sowie ihrer Greifbacken an andere Spindelantriebs-Werkzeughalter-Standards, zum Beispiel ISO oder HSK, anpassbar sind.
15. Verfahren zur automatisierten Handhabung einer von einem am freien Ende eines Gelenkarms eines Handhabungsgerätes angeordneten Spindelantrieb gehaltenen Werkzeughalterung , welche bei einem Werkzeugwechsel zur Ablage in einem modularen Werkzeugablageplatz vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughalterung vom Handhabungsgerät bahn- oder kraftgesteuert zum vorgesehenen Werkzeugablageplatz gefördert und mit dieser in Eingriff gebracht wird, dass zum Werkzeugwechsel, nämlich zur Werkzeugablage, die Arretierung des Spindelantriebs in der Werkzeughalterung gelöst wird und dass der Spindelantrieb vom Handhabungsgerät von dem betreffenden Werkzeugablageplatz entfernt wird.
16. Verfahren zur automatisierten Handhabung eines am freien Ende eines Gelenkarms eines Handhabungsgerätes angeordneten Spindelantriebs, welcher bei einem Werkzeugwechsel zur Aufnahme einer Werkzeughalterung an einem modularen Werkzeugablageplatz vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb vom Handhabungsgerät bahn- oder kraftgesteuert zum vorgesehenen modularen Werkzeugablageplatz gefördert und in die darin befindliche Werkzeughalterung abgesenkt und mit dieser in Eingriff gebracht wird, dass zur Werkzeugaufnahme der Spindelantrieb in der Werkzeughalterung arretiert wird und dass der Spindelantrieb mitsamt der daran kraft- und formschlüssig verbundenen Werkzeughalterung vom Handhabungsgerät von dem betreffenden Werkzeugablageplatz entfernt wird.
17. Verfahren zur automatisierten Handhabung des Wechsels eines von einem Handhabungsgerät betätigten Werkzeughalters nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung der Bewegungsabläufe des Handhabungsgerätes manuell oder mittels programmierter Steuerung erfolgt.
18. Verfahren zur automatisierten Handhabung des Wechsels eines von einem Handhabungsgerät betätigten Werkzeughalters nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Status des Werkzeugwechsels beim Handhabungsgerät auf einer grafischen Bedieneroberfläche zur Anzeige gebracht wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des Lagerortes eines Werkzeuges, dessen jeweilige Größe oder Abmessung, dessen Gebrauchsdauer beziehungsweise dessen Auswechslungszeitpunkt wegen Verschleiß erfasst werden und jederzeit von der Bedienperson abrufbar sind.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der Verschleißgrenze eines Werkzeuges ein Alarm erfolgt.
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