TWI635914B - 在一漸進式冷成型機中自動地改變卡匣的系統與方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於自動地改變一截留卡匣、工具卡匣、一轉運滑板及轉運凸輪之漸進式冷成型機及機器人。鄰近於該機器及該機器人之一裝載區域具有：用於支撐一工具卡匣托板以及一轉運滑板及凸輪軸托板的設置物；以及用於暫時收納被更換的部件中的一些的一保持區域。

Description

在一漸進式冷成型機中自動地改變卡匣的系統與方法

本發明係關於在一漸進式冷成型機中自動地轉換工具及工件轉運部件。

存在一類用於以高生產率對金屬零件進行塑形的大型漸進式冷成型機。美國專利第5,829,302號揭示此類機器之實例。此等機器的特徵為安置於連續工作站的工具卡匣。此等機器之生產能力係處於高速率，以使得可在相對較短時間內完成零件之供應，且因此，該等機器可用以生產不同零件。當完成一次生產運作且將要生產不同零件時，習用操作為轉換工具卡匣、轉運滑板機構及轉運操作凸輪軸。工具及轉運相關部件之轉換一直為相對緩慢且勞動密集的程序。模具及工具卡匣係過重以致使操作者無法自機器徒手地運送，且徒手地運送轉運滑板及凸輪軸甚至更為不切實際。通常，會使用吊車來將此等組件抬升至其在機器中的操作位置及自其操作位置抬升此等組件。此程序通常涉及技術員，此技術員必須進入且接著退出沖模區域，以將組件導引出機器且接著導引至托板或其他接收裝置上。此過程接著必須反轉以將替換工具裝載至機器中。有可能發生因技術員分心或疏忽而造成錯誤或事故的潛在性。

因此，本發明提供一種用於在漸進式冷成型器中自動地改變工具卡匣、轉運滑板及轉運凸輪之系統。六軸擱架機器人安裝在機器上，其中六軸擱架機器人的基座係高於沖模區域且橫向地在沖模區域之外。機器人臂能夠到達沖模區域中以移除及替換工具卡匣，且能夠到達轉運滑板及轉運凸輪以用於移除及替換此等組件。機器人裝載或集結區域係策略性地鄰近於成型機而配置。

如所揭示，機器人臂凸緣係與相異兩耦接裝置配合。一個裝置與工具卡匣、截留卡匣及工作平台耦接。另一裝置嚙合用於運送轉運滑板之夾具或用於運送凸輪軸之夾具。機器人裝載工作台之一個區段用於傳入及傳出工具卡匣、截留卡匣、轉運滑板及凸輪軸，且另一區段用於轉運滑板與凸輪軸運送夾具之銜接及傳出截留卡匣、轉運滑板及凸輪軸之暫時性保持。工具卡匣、截留卡匣及工作平台各自與帶頭插銷配合，使得其能夠與稍微偏離機器人臂凸緣之中心而安裝的相對簡單之氣動式操作耦接單元嚙合。

轉運滑板及轉運凸輪運送夾具選擇性地耦接至定中心於機器人臂凸緣上的主板。主板具有如本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的藉由機器人控制的內部耦接元件，此內部耦接元件接收且鎖定至形成運送夾具之部分的工具板上。此主板耦接允許夾具藉由機器人操作以牢固地鎖定至各別轉運滑板或凸輪組件上且維持對夾具及各別組件之方向的控制。

10‧‧‧機器

11‧‧‧聲音降低罩殼

12‧‧‧承樑

13‧‧‧模具卡匣

14‧‧‧滑板或滑枕

15‧‧‧工具卡匣

18‧‧‧截留卡匣

19‧‧‧轉運滑板

20‧‧‧坯料夾緊指形件

21‧‧‧凸輪軸

26‧‧‧六軸擱架機器人

27‧‧‧基座

28‧‧‧托架或台座

29‧‧‧機器人臂

31‧‧‧機器人裝載或集結區域

32‧‧‧開口

33‧‧‧圍欄

34‧‧‧紅外線感測器

36‧‧‧凸緣

37‧‧‧耦接裝置/耦接器

39‧‧‧頭部或球形物

40‧‧‧插銷

41‧‧‧對準插銷

46‧‧‧托板

47‧‧‧矩形管

48‧‧‧模具卡匣槽

49‧‧‧工具卡匣槽

53‧‧‧第二托板

54‧‧‧支架

60‧‧‧轉換工作台

63‧‧‧掃描裝置

66‧‧‧主板或耦接器

67‧‧‧夾具

68‧‧‧夾具

69‧‧‧工具板

72‧‧‧支承架臂

73‧‧‧槓桿

74‧‧‧氣動汽缸

75‧‧‧近接感測器

76‧‧‧槓桿

77‧‧‧氣動汽缸

78‧‧‧支承托架

81‧‧‧梯型框架

82‧‧‧耦接裝置

83‧‧‧耳軸塊

84‧‧‧托架

86‧‧‧氣動汽缸

87‧‧‧軸線

88‧‧‧區塊

89‧‧‧軸桿

91‧‧‧板

92‧‧‧槽

94‧‧‧工作平台

95‧‧‧矩形存放區域

圖1為漸進式冷成型機、工具轉換機器人及機器人裝載區域之等角視圖；圖2為圖1中所說明的機器、機器人及裝載區域之平面圖；圖3為自設施之機器側來看的機器人及裝載區域之等角視圖；圖4為在圖1之放大比例上來看的機器人及裝載區域之等角視圖；圖5為截留卡匣之等角視圖；圖6為典型模具卡匣之等角視圖；圖7為典型工具卡匣之等角視圖；圖8為轉運滑板運送夾具之等角視圖；圖9為凸輪軸運送夾具之等角視圖；圖10A及圖10B為展示由機器人執行的轉運滑板之安裝的視圖；以及圖11為由機器人安裝及移除的機器(以幻線展示)、機器人及服務平台之一部分的示意性等角視圖。

尤其參考圖1至圖3，在10處指示漸進式冷成型機。機器10通常為熟習此項技術者所已知，且較詳細地揭示於(例如)前述美國專利第5,829,302號中。所說明機器由經意性地說明於11處之聲音降低罩殼圍繞。機器10具有上面安裝模具卡匣13之固定承樑12及朝向及遠離承樑往復運動且載運工具卡匣15之滑板或滑枕(ram)14。模具卡匣13及工具卡匣15有時可稱為工具卡匣(tool cassette、tooling cassette)或卡匣。每一對對置之模具卡匣13及工具卡匣15處於個別工作站處。如所習知，工作站處 於共同水平平面中。機器10在模具卡匣13與工具卡匣15之間的區域稱為沖模區域。

金屬坯料或工件自安裝在承樑12上的截留卡匣18處的電線或條形備料供應切割而成。坯料藉由轉運滑板19之若干組指形件運送至連續工作站，該等工作站在圖1、圖2及圖4中自機器10省略，但在此等圖中展示為在機器10之外。轉運滑板19通常係習知的，為業界熟習此項技術者所已知，且大體論述於美國專利第5,713,236號中。在其操作位置中，轉運滑板19覆蓋模具卡匣13。轉運滑板19之坯料夾緊指形件20由安裝在機器10上、平行於轉運滑板且在轉運滑板前方(遠離滑枕14)之凸輪軸21操作。

如上文在「先前技術」中簡要論述，漸進式冷成型器以相對較高的速度操作且提供高生產率。通常製造特定零件，直至獲得足夠供應。此後，藉由移除及替換截留卡匣18、工具卡匣13、15、轉運滑板19及轉運操作凸輪軸21而改變機器中的工具。典型地，被移除及替換的該等元件專用於生產單個產品。

六軸擱架機器人26使其基座27安裝在附接至機器10之框架或床之托架或台座28(圖3)上。較佳地，基座27支撐在機器框架上方，以使得其安裝得高於機器沖模區域。如所示，基座27在滑板運動的方向(在圖2中為左側至右側至左側)上以及橫向於滑板方向的水平方向兩者上皆自沖模區域水平地偏移，亦即，在平行於由模具卡匣13表示之模具的面之平面的方向上偏移。機器人基座27在滑板移動的方向上之偏移較佳遠離承樑12。合適市售機器人之實例由Kuka出售，型號為KR240R3100 Ultra K。 機器人臂指定為29。

機器人裝載或集結區域31定位於機器10之與操作者側相反的側上。操作者側在開口32處配備有一或多個門(未展示)，其允許進入沖模區域以進行檢查、調整、維護等等。

裝載區域31可藉由圍欄33在兩側圍住，且受到紅外線感測器34之保護，該等紅外線感測器操作以在人員或物體進入裝載區域的情況下使機器人操作暫停。

在所說明情況下，機器10具有6個工作站，其中每一工作站處使用一對對置之工具卡匣15及模具卡匣13。模具卡匣13實質上彼此相同，工具卡匣15亦彼此相同此等卡匣分別展示於圖6及圖7中。

機器人臂29之遠端上的凸緣36載運氣動操作耦接裝置37。合適裝置為由Schunk GmbH&Co.以商標VERO-S出售的夾持模組，型號為NSE plus 100-75。耦接裝置(或簡稱耦接器37)偏心地安裝在凸緣36上，且具有大體為矩形的箱式組態，每一側位於垂直於凸緣36之平面的各別平面中。在其底部中心處，耦接裝置37具有適於接納插銷40(圖6及圖7)之頭部或球形物39的開口，該插銷固定在工具卡匣13、15中的每一者及其他零件上，如下文所論述。

當向耦接裝置37供應加壓空氣且卡匣(或某些其他零件)之角度定向正確(如由卡匣或其他本體上對齊塊式耦接裝置之側的一對對準插銷41所判定)時，該裝置接納插銷頭部39。當自耦接裝置37排空加壓空氣時，內部彈簧加載閂鎖鎖定至插銷40上，且相對於機器人臂凸緣36剛性地固定載運插銷40之本體。將理解，至耦接裝置37之供氣源在機器人 控制器之控制下。

六軸擱架機器人26部分地藉由自機器10移除工具卡匣13、15且將其替換為已遞送至裝載區域31的代替品而執行工具轉換。典型地，代替工具卡匣13、15及截留卡匣18在托板46上遞送至裝載區域31。托板46可配備有用於收納叉車之叉的矩形管47。

托板46經建構及配置以在各別槽48、49中載運模具卡匣13及工具卡匣15兩者。在圖4中，機器人臂29遮擋了空槽48、49之視圖；模具卡匣及工具卡匣之部分在此圖中分解以顯露在一列的與存在空槽的末端相反的末端處的典型槽。圖3說明上面的所有槽48、49為空的托板46。模具卡匣槽48為藉由棒桿分離的淺區域，且工具卡匣槽49的特徵在於小的中心直立板，工具卡匣自該中心直立板懸掛。較之在機器10之操作中使用的模具卡匣13之數目及工具卡匣15之數目(亦即機器工作站之數目)，每一工具卡匣存在一個額外槽48、49。在所說明情況中，存在六個工作站，且因此每一工具卡匣型式存在7個槽。

第二托板53用以將替換轉運滑板19及凸輪軸21運送至裝載區域31。托板46、53在裝載區域31中的一區中支撐在永久性或固定雙層位支架54上。支架54將卡匣托板46之底部支撐在(例如)29吋至39吋之間的高度，其為用於支撐工具的方便的基準高度，在此高度下，可手動地檢查、調整或替換工具。支架54之較高層位將轉運滑板19及凸輪軸21呈現在托板53上，在此處，可藉由機器人臂夠到轉運滑板及凸輪軸以便限制臂之必需長度。

工具卡匣13、15一次改變一個。六軸擱架機器人26經程式 化以藉由使插銷40與耦接裝置37嚙合而移除機器10中的卡匣中之一者，且將該卡匣置放於在托板46上的各別槽列之一個末端處的對應額外開放槽48或49中。六軸擱架機器人26接著使耦接器裝置37與托板46上的替換卡匣嚙合且將其運送至機器10之由於先前移除的卡匣而騰出空間的工作站中的位置。此後，六軸擱架機器人拾取機器10中的下一卡匣，且將其置放於由於最近安裝的替換卡匣而騰出空間的托板槽中。

重複此過程，直至一個型式之所有卡匣已被更換，且接著對於其他型式之卡匣重新開始該過程。托板46經配置以面向外彼此遠離地保持模具卡匣13與工具卡匣15，且六軸擱架機器人26經程式化且操作以相應地定位該等卡匣。此配置使得技術員能夠完全接近工具以進行檢查、調整、維修等等。

當完成工具卡匣之轉換時，空槽48、49將存在於槽列之與在轉換開始時存在槽的末端相反的末端上。此程序降低托板上需要的空間及機器人臂移動以實現轉換的距離及/或複雜度。在將被替換卡匣放在槽或工作站中之後，六軸擱架機器人僅需要移動鄰近卡匣13或15之間的距離。為促進此技術，六軸擱架機器人在凸緣36上或鄰近該凸緣具有掃描裝置63。六軸擱架機器人經程式化以掃掠托板46上的一列卡匣槽以判定原始空槽位於該列卡匣槽之哪一末端，且經程式化以將第一工具卡匣自機器10帶至開放槽。托板46用以運送與正由托板運送的模具及工具卡匣相關聯的截留卡匣18。在轉換期間，機器10中的截留卡匣18首先被與卡匣上的插銷40嚙合的凸緣安裝耦接裝置37移除，且暫時置放於在鄰近於雙層位支架54的區處形成裝載區域31中的轉換保持工作台的永久性固定支架60上。六軸 擱架機器人26接著將替換截留卡匣18移動至在第一工作站處鄰近於模具卡匣13的機器10上之其工作台。在此後的某一時刻，六軸擱架機器人26在最初被替換截留卡匣佔用的空間中將原始截留卡匣18自平台或永久性支架60移位至托板46。

轉運滑板19及凸輪軸21藉由機器人臂29使用(諸如)ATI Industrial Automation以型號QC-210出售的主板或耦接器66而運送。主板66在中心固定至機器人臂凸緣36，且提供複數個氣動及電路，如熟習此項技術者所已知。

單獨夾具67(圖8)、68(圖9)經提供用於六軸擱架機器人載運的主板66與轉運滑板19及凸輪軸21之間的介接。夾具67、68各自包括與主板66配合且由主板選擇性地抓持之工具板69。

現參考圖9，凸輪軸運送夾具68具有一對隔開的端板形成臂72，其收納於凸輪軸21下方且作為支承架而工作以提昇凸輪軸。凸輪軸21藉由槓桿73鎖定在支承架臂72中，該等槓桿藉由受六軸擱架機器人26經由藉由主板66而運作的電路控制的氣動汽缸74操作。近接感測器(未展示)確認槓桿73之恰當行使功能。藉由六軸擱架機器人利用氣動汽缸77類似地操作的槓桿76接入凸輪軸21中的凹口中以保持凸輪軸之參考角度定向。槓桿76上之近接感測器75確認槓桿在藉由六軸擱架機器人26運送凸輪軸21之前安放在凹口中。

在轉換期間，在自轉換保持工作台60上的指派位置擷取夾具68之後，六軸擱架機器人26自機器10移除凸輪軸21，且將其遞送至保持工作台上的支承托架78中。自托板53拾取替換凸輪軸且將其置於機器 10中。接下來，六軸擱架機器人26返回至保持工作台60，拾取被替換的凸輪軸且將其置放在托板53上。此後，夾具68藉由六軸擱架機器人26返回至其在保持工作台60上的指派地點。

圖8說明用於運送轉運滑板19之夾具67。夾具67具有梯型框架81，工具板69附接至該梯型框架。鄰近於框架81之每一末端的耦接裝置82藉由六軸擱架機器人26氣動地操作。裝置82類似於機器人凸緣36上之耦接裝置37，且當藉由六軸擱架機器人26加壓時適於與固定在轉運滑板19之耳軸塊83上的插銷40耦接。在轉運滑板19之轉換期間，藉由六軸擱架機器人26自保持工作台60擷取夾具67。在所說明情況下，夾具藉由使用耦接裝置82安放在保持工作台60處以嚙合固定在保持工作台上的插銷40(在圖4中由裝置82覆蓋)。機器10中之轉運滑板19藉由六軸擱架機器人26利用嚙合轉運滑板上之插銷40的夾具耦接單元或裝置82移除。所移除的轉運滑板19暫時置放在保持工作台60處的托架84上。替換轉運滑板藉由六軸擱架機器人自托板53拾取且安裝在機器中。夾具67包括藉由六軸擱架機器人26經由主板66操作的一對短衝程的豎直起作用的氣動汽缸86。汽缸86在被加壓時克服轉運滑板19之重心自耳軸塊83中的孔之軸線(指定為87(圖10A、圖10B))偏移的效應，且使轉運滑板中圖10A中逆時針傾斜。六軸擱架機器人26使轉運滑板19懸置在其在機器10中的操作位置上方，且接著自汽缸86釋放空氣。轉運滑板19傾向於在圖10A中順時針樞轉，結果，在軸桿89上自由樞轉的區塊88偏置而抵靠板91。區塊88因此主動地與部分地藉由板91形成的槽92對準，其中該區塊最終在機器10中操作以使轉運指形件20樞轉而遠離模具卡匣13之面。在釋放氣動 汽缸86中之空氣且對準區塊88之後，六軸擱架機器人將轉運滑板19降低至其在機器10中的操作位置，其中區塊88完全收納於槽92中。此後，所移除的轉運滑板19藉由六軸擱架機器人26自轉換工作台60提昇且遞送至托板53上。夾具67接著返回至其在轉換保持工作台60上的指派空間。在轉換完成時，托板46、53可自裝載區域31移除至遠端存放區域及/或工具房以進行檢查及維修。

參考圖11，使用六軸擱架機器人26安裝及移除工作平台94。當機器關閉以進行維修、檢查等時安裝平台94。當轉運滑板向上搖動至維修位置時，平台94允許技術員在方便的高度站立且維修轉運滑板19。平台94為大體平坦的嵌板，在圖11中所示的安裝位置中，平台跨越沖模區域而橋接。機器人耦接裝置37與鄰近於平台94之一個末端的插銷40耦接。平台上之對準插銷41維持機器人凸緣36與平台94之間的固定角度定向。六軸擱架機器人26在安裝位置與機器10上方的矩形存放區域95之間運送平台94，該平台在機器操作期間駐留於該矩形存放位置處。

應顯而易見的是，本發明係作為實例，且可藉由在不脫離本發明中所含有之教示內容的公平範圍的情況下添加、修改或消除細節來進行各種改變。因此，本發明不限於本發明之特定細節，除非以下申請專利範圍不必要地如此限定。

Claims (19)

1. 一種在一漸進式冷成型機中自動地改變卡匣之系統，該漸進式冷成型機包含具有一截留卡匣之一工作台、具有工具卡匣之複數個工作站、及具有相對於該漸進式冷成型機固定的單個基座以用於自動地改變該截留卡匣與該等工具卡匣之一六軸擱架機器人，該六軸擱架機器人包含具有一遠端凸緣之一臂、在該遠端凸緣上之一耦接裝置，該截留卡匣與該等工具卡匣各自具有可由該耦接裝置嚙合之一耦接元件，以使得能夠藉由該六軸擱架機器人將該截留卡匣與該等工具卡匣運送至該漸進式冷成型機及自該漸進式冷成型機運送該截留卡匣與該等工具卡匣。
2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該截留卡匣與該等工具卡匣之該耦接元件係相同的。
3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該耦接元件為一球形插銷。
4. 如申請專利範圍第3項之系統，其中該截留卡匣與該等工具卡匣包括鄰近於該插銷之一形成物，以相對於該耦接裝置有角度地定向一卡匣。
5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該漸進式冷成型機包括一轉運滑板、一轉運凸輪軸及可安裝在該遠端凸緣上之設備，其中該設備係用於將該轉運滑板及該轉運凸輪軸運送至該漸進式冷成型機及自該漸進式冷成型機運送該轉運滑板及該轉運凸輪軸。
6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該設備包括用於載運該轉運滑板之一第一夾具及用於載運該轉運凸輪軸之一第二夾具，該等夾具具有與安裝在機器人臂凸緣上的一主板相容之工具板。
7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該等夾具中的每一者具有藉由該六軸擱架機器人操作之致動器，該等致動器使諸元件與該轉運滑板及該轉運凸輪軸之各別部分相互嚙合。
8. 如申請專利範圍第1項之系統，其包括可在該漸進式冷成型機之一沖模區域與鄰近於該漸進式冷成型機之一存放區域之間移動的一可移位工作平台，該可移位工作平台具有可由該耦接裝置嚙合的一耦接元件，以使得該可移位工作平台能夠藉由該六軸擱架機器人而在該沖模區域與該儲存區域之間運送。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該可移位工作平台的該耦接元件與該截留卡匣及該等工具卡匣的該耦接元件相同。
10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該六軸擱架機器人之該基座係豎直地安裝在該漸進式冷成型機之一沖模區域上方，且在該漸進式冷成型機之縱向及橫向兩者上皆水平地安裝在該漸進式冷成型機之該沖模區域之外。
11. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該六軸擱架機器人之該基座係在橫向上遠離一操作者工作台而安裝。
12. 如申請專利範圍第1項之系統，其包括鄰近於該漸進式冷成型機之一裝載區域，該裝載區域用於將該截留卡匣及該等工具卡匣、轉運滑板及轉運凸輪軸供應至該六軸擱架機器人及自該六軸擱架機器人接收該截留卡匣及該等工具卡匣、該轉運滑板及該轉運凸輪軸。
13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中該裝載區域具有用於同時存放兩個轉運滑板、兩個轉運凸輪軸、兩個截留卡匣及較該漸進式冷成型機 具有的工作站多的工具卡匣的專用區。
14. 如申請專利範圍第13項之系統，其中該裝載區域的該專用區所包含的用於每一工具卡匣及模具卡匣的空間僅比該漸進式冷成型機之工作站的數目多一個。
15. 如申請專利範圍第13項之系統，其中該裝載區域包括用於一工具卡匣托板以及一轉運滑板及轉運凸輪軸托板的一支撐件。
16. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該支撐件為一雙層位配置，其中該工具卡匣托板相對於該轉運滑板及轉運凸輪軸托板係在下部且接近於該漸進式冷成型機。
17. 一種在一漸進式冷成型機中自動地改變卡匣之系統，其包含具有一沖模區域之一漸進式冷成型機、鄰近於該漸進式冷成型機之一裝載區域及經配置以到達該漸進式冷成型機中的該沖模區域及該裝載區域之一樞轉臂機器人，該漸進式冷成型機具有在該沖模區域中的複數個工作站以及用於一截留卡匣之一工作台，在該等工作站處具有若干組對置的模具卡匣及工具卡匣，該裝載區域具有供接收或卸除工具卡匣、一截留卡匣、一轉運滑板及一轉運凸輪軸之一托板工作台，一轉運滑板可安裝在該漸進式冷成型機上覆蓋該等模具卡匣，且一轉運凸輪可鄰近於該轉運滑板而安裝在該漸進式冷成型機上，該裝載區域中的一保持工作台用於暫時保持一轉運滑板及一轉運凸輪軸，該漸進式冷成型機、該托板工作台及該保持工作台共同提供用於收納一截留卡匣、一轉運滑板及一轉運凸輪軸之三個地點，且用於該等模具卡匣及工具卡匣中的每一者的地點比工作站之數目的兩倍多一個。
18. 一種在一漸進式冷成型機中自動地改變卡匣之方法，其包含：利用一機器人自該漸進式冷成型機中之一工作站移除一卡匣；將該所移除卡匣面向外置放在一托板上的一空槽中；自該托板移除一替換卡匣且將其置放在藉由該所移除卡匣而在該工作站中所騰出的一空間；自第二工作站移除一第二卡匣且將該第二卡匣面向外置放在藉由利用該機器人移除最近移除的卡匣而騰出空間的該托板上的該槽中；以及重複前述步驟，直至在該漸進式冷成型機與該托板之間更換了該等卡匣。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該機器人配備有在一樞轉臂之一遠端凸緣上或鄰近於該遠端凸緣的一感測器，該機器人經程式化以掃描該托板上之一列卡匣保持槽以判定一空槽之位置，隨後自該漸進式冷成型機擷取一卡匣，且此後將來自該漸進式冷成型機之一卡匣放在該空槽中。