WO2012139761A1 - Anordnung und verfahren zum auf- und / oder abrüsten sowie instandhalten eines nadelbrettes, nadel für ein nadelbrett - Google Patents

Anordnung und verfahren zum auf- und / oder abrüsten sowie instandhalten eines nadelbrettes, nadel für ein nadelbrett Download PDF

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WO2012139761A1
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WO
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needle
tool
robot
board
needle board
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PCT/EP2012/001590
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Guido Herzog
Bernhard Knapp
Roberto Rahn
Marc Rochel
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CU4motion GmbH
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    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H18/00—Needling machines
    • D04H18/02—Needling machines with needles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
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    • Y10T29/53039—Means to assemble or disassemble with control means energized in response to activator stimulated by condition sensor
    • Y10T29/53048—Multiple station assembly or disassembly apparatus
    • Y10T29/53052—Multiple station assembly or disassembly apparatus including position sensor

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for mounting and / or disassembling and maintaining a needle board of a needle machine for nonwoven or needle felting, in particular for automatically performing various operations, such as loading or removing, optionally selecting, repairing, with at least one tool and with a holding device for holding the needle board, wherein the tool is positionable with respect to a needle bore and / or a needle of the needle board via a control and drive device and at least one detection device.
  • the invention relates to a method for mounting and / or disassembling and maintaining a needle board of a needle machine for nonwoven or needle felting, in particular for the automatic performance of various operations, such as loading or removing, possibly selecting, repairing, with needles or needle holes on the needle board and a tool corresponding to the detected / detected data is positioned with respect to the needle board and performs operations.
  • the invention is still concerned with a needle for a needle board of a needle machine for nonwoven or needle felting, in particular for a device or a method as described above, with a tip and an end opposite the tip.
  • Needle boards are components of needle machines for nonwoven or needle felting and are equipped with special needles.
  • the needle machines are used for the consolidation / densification of fiber materials, fibers, continuous fibers.
  • the needles have an L-shape through their attachment hooks and are passed through holes in the needle board and fixed. The needles are subject to great stress and will be damaged over time.
  • CONFIRMATION COPY DE 39 41 159 C2 discloses a device for automatic needling and needling of needle boards, wherein the operations of pressing in and out of opposite, acting on the front and back of the needle board tools is taken.
  • These two-sided working tools are movably mounted in a machine frame and are driven and driven by a control and drive device.
  • the machine frame is equipped with rails on which the tools are moved to take their position with respect to the needle or the needle bore.
  • the tools are located opposite each other and must be aligned. For the alignment of the tools relative to the needle board optical detection systems are used, which are quasi covered by the drive and control device and communicate with it.
  • Both aforementioned devices have in common that in practice a successive start of the desired positions is made. On the way from the first to the last needle hole on the needle board, this must be crossed completely, whereby the paths prescribed by the rails must be adhered to.
  • the sequence of movements can only be at right angles in height and width. If you want to reach a particular needle, you can do so only by following the prescribed paths and passing all other areas. It is obvious that the time required is relatively high if the movement of the tool is only possible via two degrees of freedom, bound to rails running at right angles to one another.
  • the work on the front and back of the needle board when loading can - as described in EP 1953287 A1 - also take place successively.
  • the needles are inserted, then the position of the needle board is changed and there is a fixing / pressing the needles.
  • the known from EP 1953287 A1 pick and place machine works with a multi-collet and populates the needle board with groups of pins that are pre-positioned over the width of the needle board.
  • the well-known insertion machine requires by the group arrangement of the needles to be equipped a high manual and design effort, alone with regard to the needle feed with screw conveyor to provide the needles for the multiple collet. It can only be worked in the specified grid. A start of a desired position is not possible with the placement machine in question. It is also not a fully automatic process, since the needles have to be labor intensive inserted into the needle feeder.
  • the present invention seeks to provide an arrangement and a method of the type in question, which increase the flexibility of the positioning of the tool with little manpower.
  • the option of operations such as selection, further repair of felting needles should be opened.
  • an arrangement of the type in question is designed such that the tool and the control and drive means are associated with at least one robot and that the robot is provided with at least one articulated tool arm, on which the tool is arranged, the implementation of the desired operation allowed.
  • a needle of the type in question is designed such that the tip of the opposite end of the needle is designed in the sense of a flat, in particular circular or elliptical, head, which is slightly larger than the cross section of the needle.
  • the invention it has been recognized that flexibility of the positionability is increased when the construction is slimmed and when a direct positionability on the needle board is made possible in principle by a predetermined mechanical guidance. According to the invention, it has been recognized that this can be achieved if at least one robot with at least one articulated tool arm is used, wherein the robot comprises the control and drive device and at least one detection device is provided.
  • the tool arm is equipped with the right tool.
  • the tool is a gripper, sucker or magnet that either picks up the needle and inserts it into the needle bore of the needle board or is a tool that pushes or pulls the needle out of the needle bore.
  • the robot Since the robot is equipped with articulated tool arm and tool, it can remove needles even from a sampling point, which is why the personnel costs are extremely low. All operations on the needle board are automatic. It is also essential that the robot has a great freedom of movement and, for example, allows the free needle receptacle or taking a position obliquely to the needle board and not only frontally, as before.
  • the end of the needle opposite the tip should be designed in the sense of a flat, in particular circular or elliptical, head which is slightly larger than the cross section of the needle or the needle shank. In this way, the needle density can be increased on the needle board and the quality of the produced fleece or felt can be changed.
  • the robot's high precision could also result in more subtle anti-rotation mechanisms.
  • the needle shaft could have an elliptical or triangular to polygonal cross section.
  • the interaction with the needle bore could be purely positive. It would also be possible to realize a form fit.
  • this could be equipped with two articulated arms.
  • the second articulated arm could engage over the needle board and, for example, when pulling the needles on the back of the needle board, apply tensile force to the needles while the first articulated arm applies compressive force to the tips of the needles on the front side.
  • a variant would also be conceivable, with two or more robots working on one side on the then rotatably mounted needle board. An arrangement of a respective robot on the front and back of the needle board is also possible.
  • the robot could be brought into the area of the needle board on which the operation is to be performed.
  • the needle board could be moved to the robot in reverse, this is not necessary due to the flexibility of a robot.
  • the movement of the robot to the needle board could conventionally be done via constructive guide elements, such as rails.
  • the rails would then be required only in a direction of movement concerning the width of the needle board.
  • the robot can be moved onto rollers or over a magnetic field floating in the area of interest of the needle board.
  • the height adjustment is realized according to the invention flexible on the articulated tool arm.
  • control and drive device comprises at least one separate computer.
  • This computer could provide the computing power needed to position the robot or to calculate its next target position, to coordinate processes and to process detected data.
  • this computer provides a storage space in the gigabyte range to Terabyte range, which is not feasible by conventional control.
  • PLC unit Programmable logic controller
  • the tool arm could be movable about several, in particular six, axes.
  • Six axes are given by the known structure of an articulated arm robot and are distributed over the entire robot. Due to the large number of degrees of freedom not only the positioning in relation to the needle board is possible, but it is, for example, the removal of a needle to be mounted from a sampling point or the deposition of an extracted needle on a storage location possible.
  • the removal point for new, need to be loaded needles and the storage location for remote needles in the range of movement of the articulated tool arm are provided. For example. they can be arranged on a base plate of the robot.
  • the damaged needles unceremoniously fall into a collecting trough on the needle board and be discharged from there into a collecting container.
  • at least two storage locations could also be provided, one storage area serving to receive intact, reusable needles and the other receiving the damaged needles.
  • the detection device could work optically and for this purpose comprise a camera for detecting the needle board.
  • the camera could, for example, be arranged directly on the tool or tool arm of the robot and be in communication with the control and drive device, in particular the separate computer with the large storage capacity.
  • a lighting device assigned to the camera could also be provided to improve the image quality.
  • a laser scanner or an inductive scanner or even a capacitive scanner could be used.
  • the arrangement according to the invention can freely detect the needles and / or needle bores on the needle board via its detection device and send the detected / acquired data to the control and drive device, preferably to the separate computer, in which a corresponding image processing program and further software for correct Operation and positioning is required. There, the actual position of the needles or needle holes of the needle board can then be determined.
  • the camera can either capture the entire needle board, which makes sense in the case of complete reassembly or complete needle removal.
  • a proximity switch or other additional detectors could be provided for even more accurate detection of the needle, for example, more accurately detect the tip of the needle and transmit the data to the control and drive device.
  • a capacitive or inductive proximity switch would be considered. Just at the needle tip can be determined whether it is dull or possibly deviates from the Nadelbohrungsachse and thus undesirable no longer aligned.
  • the needle of a needle board has conventionally besides the needle tip also has a hook at the opposite end, which is usually located in the mounted state of the needle on the back of the needle board within a local groove.
  • the hook design has an anti-rotation function.
  • the hook facilitates the manual removal of the needle.
  • a portal in addition to the robot, a portal could be provided, via which operations on the needle board can also be carried out.
  • the portal could also have a tool and is therefore interesting because a portal can muster higher forces. This is, for example, when fixing the hook of a conventional needle within a groove on the back of the needle board or even when pulling out the needle from the needle bore advantage.
  • the robot could work on the front of the needle board and the portal on the back of the needle board.
  • the portal would include a control and drive device, a tool, a detection device.
  • the detection device could likewise have proximity switches or additional additional detectors in addition to a camera.
  • the tool of the portal could work in at least three directions of movement.
  • the movements of the tool itself for example, the forceps movement of a gripper - outside admitted.
  • the tool arm could be associated with a bent needle alignment tool and / or a blunt needle grinding tool. These could preferably be arranged on a rotatable tool plate, on which additionally gripping tools and at least one detection device are arranged.
  • All operations are preceded by positioning the robot in relation to the needle board.
  • the robot in relation to the needle board.
  • the front of the needle board when selecting, aligning, repairing
  • the back of the needle board (during loading, removal) detected - so scanned without contact - and from the position of the needles or the Needle holes are determined.
  • image data could be recorded and transmitted by means of a camera, but also laser scanners could detect location-discrete and transmit the data thus acquired.
  • the detected data relating to the needles (selecting) on the front side or with respect to the needle bores (loading) or hooks (removal) on the rear side of the needle board are transmitted by the detection device to the control and drive unit of the robot, possibly also a portal.
  • the detected data arrive at a separate computer, which is encompassed by the control and drive unit and has a particularly high computing power, so that it can detect the detected data, transform and determine the real positions of the needles and needle bores. Based on this, the positioning of the robot relative to the needle board can then take place.
  • the machine removal of the needle by the tool arm or the tool of the robot from a removal point could also be part of the automated assembly process. Again, one could fall back on an upstream detection process, regardless of whether one detects with a camera or a laser scanner or other detection devices.
  • the detection device could, for example, be the same detection device that also detects the needle board.
  • an image could be recorded by a needle with the detection device, after which the detected data-here the image data-could be transmitted to the control and drive device, in particular the separate computer. There, the data are electronically recorded and processed so that the position and the quality of the needle are determined and the quality is possibly also controlled by an additional comparison operation with reference data.
  • it is already here to avoid the removal of a damaged needle, so that the condition of the needle, especially the tip, before meaning of meaning. If a damaged needle is detected at the sampling point, it is discarded.
  • the tool After the electronic data processing has taken place, the tool is driven to remove the needle. It comes to the initialization of the movement of the tool arm and the gripper. When the needle is picked up by the tool / gripper, the tool reaches a position from which it then moves to the needle board. The position may be spaced from the picking location, but the movement may also be performed directly from the picking position / needle picking position of the tool to the needle board. In the event that the needle was faulty at the donor site, a new needle is detected and recorded.
  • a detection of the needle bore takes place. This should be avoided even at the initial stage errors that could be caused, for example, by contamination of the needle hole or damage to the needle board.
  • the tool is arranged on a rotatable tool plate, together with other tools. If a needle hole is dirty, a cleaning tool could be positioned by disc rotation. All this and, of course, and a fine adjustment of the position of the tool carrying the removed needle passes after the transmission of the detected, related to the needle bore data for drive and Control device / to separate computer. The placement process could then be repeated as many times as necessary, until the needle board is stocked in the desired quantity and quality.
  • the placement process could include the following visual steps: a) Detecting the free needle holes on the back of the needle board. B) Positioning the robot with respect to the needle board
  • the assembly is followed by the following steps using a robotic arrangement on one side of the needle board and a portal on the other side of the needle board: i) Turning over the loaded needle board 180 °
  • step j) repeating step j) to n) as often as necessary.
  • a respective software is provided which processes the data determined by the detection so that the required movement sequences of the robot, the portal and the respective tool realized become. Also conceivable is a common drive and control unit with one or two or more separate computers.
  • the needle holes could be dirty or damaged or the ends could not sit concentrically in the needle bore.
  • the detection for positioning the robot and the portal could first be carried out, but then another detection per needle - tip or tail - could be carried out in order to achieve a fine adjustment / fine positioning of the respective gen tool to realize.
  • the control and drive means / detection devices of the robot and the portal preferably communicate with one another and cooperate with the same needle via simultaneous coordination software. It is advantageous if the portal and robot are controlled or driven by the same drive and control unit.
  • the needle Once the needle is removed from the needle board, it could be fed to a depositor where all needles are collected.
  • a simple solution is that the tool is opened unceremoniously and the needle falls into a discharge channel below the needle board. After that, the tool can be available in any case for the next needle to be removed. The process of removing repeated as many times as necessary. Alternatively, two different bins could be provided, are placed in the undamaged and damaged removed needles separately.
  • Another advantageous and essential to the invention operation which can be performed by means of the inventive arrangement and by the flexibility and mobility of the robot, is the selection of a needle or a needle bore in connection with replacement and repair operations. This variant of the method according to the invention allows savings, since only damaged needles are removed and replaced, but not all needles have to be changed.
  • the positions of damaged areas could be determined. For this purpose, a comparison of the detected / acquired data of the entire needle board with stored in the drive and control unit, in particular in a separate computer, reference data. Thus, predicted position data for the robot could be calculated in advance. The robot can then approach the relevant areas directly and the time of a lengthy detection can be saved column by column or row by row. The comparison could, for example, via an image processing software by comparing a reference image with a homogeneous needle tip surface with the current image data taken by a camera done.
  • an inductively operating proximity switch could preferably be used.
  • a surface camera which is directed to the front of the needle board and thus on the needle tips could be problematic in terms of occurring distortions in the image.
  • the applicable for the needle selection designs are also transferred to needle holes, eg., When a needle tip is broken and the needle hole to be freed from the broken needle or if a needle hole was damaged when canceling the needle or simply freed up for a new assembly is.
  • the reference data could be generated in the good condition pin board-specific and / or needle-specific and pinhole-specific.
  • image data related to the geometry of the needle is created. Due to the flexibility of the robot with its movable tool arm, it is possible to detect several image data, even from different angles, so that deviations can be detected reliably when matching with the reference data.
  • the deviations can vary within a range of 2/100 mm to 0.5 mm.
  • the deviations may not be greater than 1/3 of the diameter of the needle bore, of course, as possible are aimed towards zero deviations.
  • a proximity switch which is then sent to the control and drive device of the robot.
  • further detectors could be provided which, for example, density properties, surface condition (wear) and others Can determine data. All of this data helps to choose the right operation for each needle.
  • control and drive unit of the robot in particular in its separate computer, it would thus be possible to determine via an appropriate software whether the selected needle should be removed or repaired.
  • an alignment tool could be associated with the tool arm for alignment of the selected needle.
  • the alignment tool could work mechanically or thermally or magnetically. The orientation would then be made according to the reference data preset in the control and drive device.
  • a tool for repairing the needle could be associated with the tool arm.
  • the repair of the needle could then be carried out according to the standard given in the control and drive device. Instead of repairing the needle under mechanical action on the surface, a cleaning of felt residue could take place or a protective or sliding layer could be applied to the surface of the needle.
  • FIG. 2 in an enlarged perspective view of the robot from the order of FIG. 1 after receiving a needle from a
  • a representation of the illustration of a section of the scanned front of the needle board of FIG. 1 or 3 shows the empty needle bores, a representation of the needle as used in both exemplary embodiments a representation of the illustration of the needle from FIG. 6 as an intermediate result of a needle detection algorithm, a representation of the illustration of a section of the scanned back side of a needle board from FIG. 1 or 3 from another process step, wherein the placement and fixing has already taken place and a representation of the image of a section of the scanned front side of a needle board of FIG. 1 or 3 from another process step, wherein a selection of damaged needles bev orsteht.
  • Figures 1, 3 and 4 show an arrangement for up and / or disarming and maintaining a needle board 1, which is expanded from a needle machine for nonwoven or needle felting.
  • the arrangement is used for automatically performing various operations on the needle board 1, such as placement or removal, possibly selecting, repairing.
  • a tool 1 and a holding device 3 for holding the needle board 1 is provided in the first embodiment shown in Figs. 1 and 3 .
  • two tools 2 and a holding device 3 for holding the needle board 1 is provided in the second embodiment shown in Fig.
  • the tool 2 is positionable with respect to a needle bore 4 shown in FIGS. 1 and 5 and / or with respect to a needle 5 shown in FIGS. 2, 6, 7.
  • the positioning takes place via a control and drive device and a detection device, which are encompassed by the tool 2.
  • FIGS. 2, 3 show a camera 6 as a detection device associated with the tool 2.
  • the tool 2 and the control and drive device are associated with a robot 7, 8 and the robot 7, 8 is provided with a hinged tool arm 9, 10, on which the tool 2 is arranged, which allows the execution of the desired operation.
  • the tool 2 and the camera 6 are arranged on a rotatable tool plate 23, which is shown in Figures 1 to 3.
  • the tool plate 23 may also be equipped with other tools or sensors or detection devices or be. In the present embodiment, further, not shown tools are mounted on the tool plate 23, which then depending on the desired operation on the needle board 1 are used.
  • FIG. 1 A part of the control and drive device, not otherwise shown, is shown in FIG. 1 and relates to a separate computer 22.
  • This computer 22 provides the computing power required to position the robot 7, 8 and to coordinate process sequences Data coming from the camera 6 to process.
  • the computer 22 provides a storage space in the gigabyte range up to the terabyte area.
  • the control and drive device comprises a PLC unit, not shown here, which communicates with the computer 22 and is ultimately responsible for the movements of the robot 7, 8. includes.
  • the dashed arrows show that detected data is sent to the computer from the tool plate 23 or from the camera 6 shown in FIG. 2 there. Finally - after data processing and position determination - the robot 7 is then controlled.
  • the details are not shown with regard to a PLC unit which is in communication with the computer 22 and which, like the computer 22 itself, are components of the entire control and drive device.
  • the robot 7, 8 is movable in a region of the needle board 1 on which the operation is to be performed. According to the first exemplary embodiment, the robot 7 has rollers 11 for this purpose. It is robot 8 according to the second embodiment on rails 12 movable.
  • the tool arm 9 is movable about six axes A, B, C, D, E, F. This also applies to the tool arm 10.
  • the arrangement according to the first embodiment comprises a removal point 3, which is arranged in the movement region of the tool arm 9 and contains new needles 5 to be equipped. Shown here is representative of other needles 5 only one of them. This is already taken up by the tool 2 (gripper) and pivoted about the tool arm 9 upwards.
  • the removal point 13 is arranged here on a base 14.
  • the camera 6 is used here to detect the new, to be loaded needle 5 of the removal point 13.
  • the same camera 6 is also used to detect the needle board 1, namely the local needles 5 and / or the needle holes 4.
  • Figs. 1 to 3 show phases of the assembly process. Therefore, the needle holes 4 are detected at the back of the needle board 1 there.
  • the image data obtained when detecting by means of camera 6 are sent to the computer 22 of the control and drive unit of the robot 7 and there is - after the data processing - a positioning of the robot 7 with respect to the needle board 1.
  • the robot has already acquired a position and the placement of the needle board 1 with the needle 5 is imminent.
  • Fig. 4 which relates to the second embodiment, it is shown that the needle board 1 is rotatably mounted on the holding device 3 via pivot bearings 15.
  • a portal 16 is provided, via which also operations on the needle board 1 are executable.
  • the portal 16 includes a tool not shown in detail here, which operates in four directions of movement.
  • the robot 8 is arranged on the front side of the needle board 1 and the portal 16 on the rear side of the needle board 1. In other operations is successively - each after turning the needle board 1 - worked.
  • the arrangement according to the second embodiment comprises a rectangular frame 17, on the center, from the transverse side 18 to transverse side 18 of the frame 17, the holding device 3 is arranged with the needle board 1. Both sides parallel to the holding device 3 and To the needle board rails 12 are provided on the frame 17, also from the transverse side 18 to the transverse side 18 - on the one hand for positioning the portal 12, on the other for positioning the robot 8. Below the rails 12 extend a towing device 20 for electrical lines and a linear guide 21st therefor. In Fig. 4, the frame 17 is shown as such together with the arrangement. In the complete state of the frame would be arranged in a housing with base, which has been omitted here.
  • the robots 7, 8 are fixed on a base plate 19.
  • the base plate 19 with the robot 7, 8 is brought either via rollers 1 1 arranged thereon or via rails 12 to the location of the operation on the needle board 1.
  • unspecified plain bearings are mounted there, which are moved on the rail 12 and connected to the underside of the base plate 19.
  • Fig. 6 shows the basic structure of a needle 5 with hook 5a and 5b tip.
  • the needle 5 is the robot 7 at the sampling point 13 is available and is detected in advance, so that the tool 2 can take this.
  • the needle 5 is shown as an intermediate result of a needle detection algorithm created by the computer 22.
  • FIGS. 5, 6, 8 and 9 show images taken by the camera 6.
  • Fig. 5 relates to the back of the needle board 1 in the empty state.
  • the equipment should be prepared.
  • the needle holes 4 are of relevance. These are detected in order to determine therefrom the position of the needle bores 4 and finally to determine the position of the robot 7, 8, if necessary of the portal 16.
  • Fig. 8 is also about the back of the needle board 1, but here already equipped with needles 5, the hooks 5a are anchored to the back.
  • the removal of the needles 5 should be prepared.
  • the hooks 5a are to be detected before removal, since they may be damaged after use of the needle board 1 and may also be changed in their position.
  • precise detection and a fine adjustment of the tool 2 on the best possible positioning of the tool arm 9 of the robot 7, 8 should be done so that it can attack from the optimum position.
  • the determination of the x- and y-coordinates, which are required for determining the position of the tool was illustrated by means of a selected needle bore 4 located under the hook 5a there.
  • the operation of selecting damaged needles 5 should be prepared, and possible follow-up operations such as repairing, aligning, grinding.
  • the tips 5b of the needles 5 are particularly relevant.
  • the acquired image data are subjected to a comparison with reference data concerning undamaged needles in computer 22 and the position of damaged needles 5 to be selected is determined.

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Abstract

Es wird eine Anordnung zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes (1) einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere zur automatischen Durchführung von verschiedenen Operationen, wie Bestücken oder Entfernen, ggf. Selektieren, Reparieren, mit mindestens einem Werkzeug (2) und mit einer Halteeinrichtung (3) zum Halten des Nadelbrettes (1), wobei das Werkzeug (2) in Bezug zu einer Nadelbohrung (4) und/oder einer Nadel (5) des Nadelbrettes (1) über eine Steuer- und Antriebseinrichtung und mindestens eine Detektionseinrichtung positionierbar ist, angegeben, die die Flexibilität der Positionierung des Werkzeuges bei geringem personellen Aufwand erhöht sowie die Option auf Operationen wie Selektion, Reparatur der Nadeln eröffnet, indem das Werkzeug (2) und die Steuer- und Antriebseinrichtung zumindest einem Roboter (7, 8) zugeordnet sind und indem der Roboter (7, 8) mit mindestens einem gelenkig gelagerten Werkzeugarm (9, 10) versehen ist, an dem das Werkzeug (2) angeordnet ist, das die Durchführung der gewünschten Operation erlaubt. Es wird außerdem ein Verfahren angegeben, das mit der Anordnung durchführbar ist.

Description

„Anordnung und Verfahren zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes, Nadel für ein Nadelbrett"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere zur automatischen Durchführung von verschiedenen Operationen, wie Bestücken oder Entfernen, ggf. Selektieren, Reparieren, mit mindestens einem Werkzeug und mit einer Halteeinrichtung zum Halten des Nadelbrettes, wobei das Werkzeug in Bezug zu einer Nadelbohrung und/oder einer Nadel des Nadelbrettes über eine Steuer- und Antriebseinrichtung und mindestens eine Detektionseinrichtung positionierbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere zur automatischen Durchführung von verschiedene Operationen, wie Bestücken oder Entfernen, ggf. Selektieren, Reparieren, wobei Nadeln oder Nadelbohrungen am Nadelbrett detektiert werden und wobei ein Werkzeug entsprechend den detektierten / erfassten Daten in Bezug auf das Nadelbrett positioniert wird und Operationen ausführt. Schließlich befasst sich die Erfindung noch mit einer Nadel für ein Nadelbrett einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere für eine Anordnung oder ein Verfahren wie voranstehend beschrieben, mit einer Spitze und einem der Spitze gegenüberliegenden Ende.
Nadelbretter sind Bestandteile von Nadelmaschinen zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung und sind mit speziellen Nadeln bestückt. Die Nadelmaschinen dienen der Verfestigung / Verdichtung von Fasermaterialien, Fasern, Endlosfasern. Es werden Produkte wie Spinnvlies, Kunstleder, künstliches Wildleder, Nadelfilz, das Vlies enthalten kann, hergestellt. Die Nadeln weisen durch ihren Befestigungshaken eine L-Form auf und sind durch Bohrlöcher im Nadelbrett hindurchgeführt und fixiert. Die Nadeln unterliegen größter Beanspruchung und werden über die Zeit beschädigt.
Aus der Praxis sind unterschiedliche Vorrichtungen zum Nadelwechseln bekannt. Fakt ist, dass die manuelle Variante des Nadelwechselns zu schmerzhaften Verletzungen führen kann und deshalb Anordnungen entwickelt worden sind, die das menschliche Eingreifen vermeiden und die Nadelwechselvorgänge automatisieren und rein maschinell gestalten.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus DE 39 41 159 C2 ergibt sich eine Vorrichtung zum automatischen Be- und Entnadeln von Nadelbrettern, wobei die Operationen des Ein- und Ausdrückens von gegenüberliegenden, an der Vorder- und Rückseite des Nadelbrettes wirkenden Werkzeugen übernommen wird. Diese beidseitig arbeitenden Werkzeuge sind in einem Maschinengestell beweglich gelagert und werden von einer Steuer- und Antriebseinrichtung angesteuert und angetrieben. Das Maschinengestell ist mit Schienen ausgestattet, auf denen die Werkzeuge verschoben werden, um ihre Position gegenüber der Nadel bzw. der Nadelbohrung einzunehmen. Während jeder Operation sind die Werkzeuge gegenüberliegend angeordnet und müssen fluchten. Zur Ausrichtung der Werkzeuge bezogen auf das Nadelbrett kommen op- tische Erfassungssysteme zum Einsatz, die quasi von der Antriebs- und Steuereinrichtung umfasst sind und mit dieser kommunizieren. Die fluchtende Positionierung und die sukzessive Bewegung entsprechend einem Raster erfordern eine mechanisch sehr präzise Konstruktion, die unflexible und in der Praxis weniger tauglich ist. Aus US 6393693 B1 ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, die dazu dient, Instandhaltungsmaßnahmen, wie Bestücken, Entfernen, am Nadelbrett vorzunehmen. Auch hier ist der grundsätzliche Aufbau gewählt, zwei gegenüberliegende, diesseits und jenseits des Nadelbrettes wirkende Werkzeuge vorzusehen. Die Werkzeuge sind auf Schienen geführt und müssen fluchten. Auch hier sind die Kosten der schweren, aber doch präzisen Maschinen- konstruktion sehr hoch. Hinzu kommen Personalkosten für eine Person, die das Magazin mit Nadeln befüllt.
Beiden vorgenannten Vorrichtungen ist gemeinsam, dass in der Praxis ein sukzessives Anfahren der angestrebten Positionen vorgenommen wird. Auf dem Weg vom ersten zur letz- ten Nadelbohrung am Nadelbrett muss dieses gänzlich überquert werden, wobei die durch die Schienen vorgegebenen Wege einzuhalten sind. Der Bewegungsablauf kann nur rechtwinklig in Höhe und Breite verlaufen. Will man eine bestimmte Nadel erreichen, geht dies nur, indem man die vorgeschriebenen Wege fährt und alle anderen Bereiche passiert. Es liegt auf der Hand, dass der Zeitaufwand relativ hoch ist, wenn die Bewegung des Werkzeu- ges nur über zwei Freiheitsgrade, gebunden an rechtwinklig zu einander verlaufenden Schienen möglich ist.
Das Arbeiten an der Vorder- und Rückseite des Nadelbrettes beim Bestücken kann - wie in EP 1953287 A1 beschrieben - auch sukzessive erfolgen. Zunächst werden die Nadeln ein- geführt, dann wird die Position des Nadelbretts verändert und es erfolgt eine Fixierung / ein Einpressen der Nadeln. Der aus EP 1953287 A1 bekannte Bestückungsautomat arbeitet mit einer Mehrfachspannzange und bestückt das Nadelbrett mit Nadelgruppen, die über die Breite des Nadelbrettes vorpositioniert sind. Der bekannte Bestückungsautomat erfordert durch die gruppenweise Anordnung der zu bestückenden Nadeln einen hohen manuellen und konstruktiven Aufwand, allein schon im Hinblick auf die Nadelzuführung mit Schneckenfördereinrichtung zur Bereitstellung der Nadeln für die Mehrfachspannzange. Es kann nur im vorgegebenen Raster gearbeitet werden. Ein Anfahren einer angestrebten Position ist mit dem in Rede stehenden Bestückungsautomat nicht möglich. Es handelt sich auch nicht um ein vollautomatisches Verfahren, da die Nadeln personalintensiv in die Nadelzuführung eingelegt werden müssen.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren der in Rede stehenden Art anzugeben, die die Flexibilität der Positionierung des Werkzeuges bei geringem personellen Aufwand erhöhen. Es soll außerdem die Option auf Operationen wie Selektion, weiterführend Reparatur der Filznadeln eröffnet werden. Schließlich soll es ermöglicht werden, von der herkömmlichen Ausbildung der Nadel für ein Nadelbrett in vorteilhafter Weise abzuweichen.
Die voranstehende Aufgabe wird im Hinblick auf die Anordnung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist eine Anordnung der in Rede stehenden Art derart ausgebildet, dass das Werkzeug und die Steuer- und Antriebseinrichtung zumindest einem Roboter zugeordnet sind und dass der Roboter mit mindestens einem gelenkig gelagerten Werkzeugarm versehen ist, an dem das Werkzeug angeordnet ist, das die Durchführung der gewünschten Operation erlaubt.
Die voranstehende Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruches 15 gelöst. Danach ist ein Verfahren der in Rede stehenden Art derart weitergebildet, dass die Operationen über einen gelenkigen Werkzeugarm eines Roboters ausgeführt werden, an dem das für die jeweils gewünschte Operation passende Werkzeug angeordnet ist.
Die voranstehende Aufgabe wird im Hinblick auf die Nadel durch die Merkmale des Patentanspruches 25 gelöst. Danach ist eine Nadel der in Rede stehenden Art derart ausgestaltet, dass das der Spitze gegenüberliegende Ende der Nadel im Sinne eines flächigen, insbesondere kreis- oder ellipsenförmigen, Kopfes ausgeführt ist, der geringfügig größer ist als der Querschnitt der Nadel. Es ist zunächst erkannt worden, dass aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen und Verfahren einen hohen Präzisionsaufwand erfordern und feinmechanisch sehr genau gearbeitet sein müssen, damit die beidseitig am Nadelbrett arbeitenden Werkzeuge unter Einbeziehung der Nadelbohrung im Nadelbrett oder mit der Nadel selbst fluchten. Die Anordnungen sind durch den Präzisionsanspruch sehr teuer. Außerdem ist erkannt worden, dass bei den bekannten Vorrichtungen die Bewegung des Werkzeuges an Schienen und Führungen in Höhen - und Breitendimension gebunden ist, weshalb die Geschwindigkeit der Operation bereits durch den Anfahrtsweg zum Ort der Operation nicht optimal sein kann.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass Flexibilität der Positionierbarkeit erhöht wird, wenn die Konstruktion verschlankt wird und wenn eine direkte Positionierbarkeit am Nadelbrett frei von einer vorgegebenen mechanischen Führung grundsätzlich ermöglicht wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass dies erreicht werden kann, wenn mindestens ein Roboter mit mindestens einem gelenkig gelagerten Werkzeugarm eingesetzt wird, wobei der Roboter die Steuer- und Antriebseinrichtung umfasst und mindestens eine Detektionsein- richtung vorgesehen ist. Dabei ist der Werkzeugarm jeweils mit dem richtigen Werkzeug ausgestattet. Vornehmlich handelt es sich bei dem Werkzeug um einen Greifer, Sauger oder Magnet, der die Nadel entweder aufnimmt und in die Nadelbohrung des Nadelbrettes einbringt oder es handelt sich um ein Werkzeug, welches die Nadel aus der Nadelbohrung herausdrückt oder -zieht. Da der Roboter mit gelenkigem Werkzeugarm und Werkzeug ausgestattet ist, kann er Nadeln selbst aus einer Entnahmestelle entnehmen, weshalb der Personalaufwand äußerst gering ist. Alle Operationen am Nadelbrett laufen automatisch ab. Von wesentlicher Bedeutung ist weiter, dass der Roboter eine große Bewegungsfreiheit hat und bspw. die freie Nadelaufnahme erlaubt oder die Einnahme einer Position schräg zum Nadelbrett und nicht ausschließlich frontal, wie bisher.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt, dass hier dieselben Vorteile gelten wie bezüglich der Anordnung. Es wird hervorgehoben, dass es die Beweglichkeit des gelenkigen Werkzeugarmes am Roboter mit dem entsprechenden Werkzeug ermöglicht, punktuell, bezogen auf eine ausgewählte Nadel oder Nadelbohrung, zu arbeiten.
Im Rahmen der Erfindung wurde eine neue, vorteilhafte Ausgestaltung der Nadel am gegenüberliegenden Ende der Spitze gefunden. Diese erfinderische Weiterbildung steht in direktem technologischen Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Roboter lässt aufgrund seiner Flexibilität und Moto- rik Arbeiten auf engstem Raum zu. Daher kann von dem herkömmlichen Haken am der Nadelspitze gegenüberliegenden Ende abgewichen und völlig andere Lösungen gefunden werden. Erfindungsgemäß soll das der Spitze gegenüberliegende Ende der Nadel im Sinne eines flächigen, insbesondere kreis- oder ellipsenförmigen, Kopfes ausgeführt sein, der ge- ringfügig größer ist als der Querschnitt der Nadel bzw. des Nadelschaftes. Hierdurch kann die Nadeldichte am Nadelbrett erhöht und die Qualität des herzustellenden Vlieses oder Filzes verändert werden.
Durch die hohe Präzision des Roboters könnten auch subtilere Verdrehsicherungsmecha- nismen realisiert werden. Insbesondere könnte der Nadelschaft einen ellipsenförmigen oder drei- bis vieleckigen Querschnitt aufweisen. Das Zusammenwirken mit der Nadelbohrung könnte rein kraftschlüssig sein. Möglich wäre auch die Realisierung eines Formschlusses.
Im Hinblick auf eine Ausgestaltung des Roboters könnte dieser mit zwei Gelenkarmen aus- gerüstet sein. Dabei könnte der zweite Gelenkarm das Nadelbrett übergreifen und bspw. beim Entfernen der Nadeln an der Rückseite des Nadelbrettes die Nadeln mit Zugkraft beaufschlagen während der erste Gelenkarm an der Vorderseite Druckkraft auf die Spitzen der Nadeln aufbringt. Denkbar wäre auch eine Variante, wobei zwei oder mehr Roboter einseitig am dann drehbar gelagerten Nadelbrett arbeiten. Auch eine Anordnung jeweils eines Robo- ters an Vorder- und Rückseite des Nadelbrettes ist möglich.
Wenn der Werkzeugarm nicht besonders lang ist, könnte der Roboter in den Bereich des Nadelbrettes verbringbar sein, an dem die Operation ausgeführt werden soll. Umgedreht könnte zwar auch das Nadelbrett zum Roboter bewegt werden, dies ist aber aufgrund der Flexibilität eines Roboters nicht nötig. Die Fortbewegung des Roboters zum Nadelbrett könnte herkömmlich über konstruktive Führungselemente, wie Schienen, erfolgen. Die Schienen würden dann nur in einer Bewegungsrichtung betreffend die Breite des Nadelbrettes erforderlich sein. Im Hinblick auf eine hohe Flexibilität und freie Beweglichkeit wird es bevorzugt, wenn der Roboter auf Rollen oder über ein Magnetfeld schwebend in den interessierenden Bereich des Nadelbrettes verbringbar ist. Die Höhenverstellbarkeit wird erfindungsgemäß flexibel über den gelenkig gelagerten Werkzeugarm realisiert.
Im Hinblick auf die vielfältigen Funktionen des Roboters, der nicht nur positioniert werden muss, sondern die unterschiedlichsten Bearbeitungsschritte am Nadelbrett ausführt und darüber hinaus Daten detektiert und diese übermittelt, ist es vorteilhaft, wenn die Steuer- und Antriebseinrichtung zumindest einen separaten Computer umfasst. Dieser Computer könnte die Rechenleistung erbringen, die nötig ist, den Roboter zu positionieren bzw. dessen nächste Zielposition zu berechnen, Prozessabläufe zu koordinieren und detektierte Daten zu verarbeiten. Insbesondere stellt dieser Computer einen Speicherplatz im Gigabytebereich bis Terrabytebereich zur Verfügung, der durch eine herkömmliche Steuerung nicht realisierbar ist.
Besonders bei Anwendungsfällen, wobei durch jeweils einen Roboter an der Vorder- und Rückseite des Nadelbrettes oder durch einen Roboter an der Vorderseite und durch ein Portal an der Rückseite gearbeitet wird, ist es von Vorteil, wenn zusätzlich zum Computer noch mindestens eine SPS-Einheit (Speicherprogrammierbare Steuerungseinheit) vorgesehen ist, die die gesamte Anordnung bzw. Anlage aufeinander abstimmt und die Schnittstelle zwischen Computer und Hardware realisiert.
Um den verschiedenen erforderlichen Bewegungen entsprechend den an das Werkzeug gestellten Anforderungen gerecht zu werden, könnte der Werkzeugarm um mehrere, insbesondere sechs Achsen bewegbar sein. Sechs Achsen sind durch den für sich bekannten Aufbau eines Gelenkarmroboters vorgegeben und sind über den gesamten Roboter verteilt. Durch die Vielzahl an Freiheitsgraden ist nicht nur das Positionieren in Bezug zum Nadelbrett möglich, sondern es ist bspw. die Entnahme einer zu montierenden Nadel aus einer Entnahmestelle oder auch die Ablage einer herausgezogenen Nadel auf einer Ablagestelle möglich. Dazu sind die Entnahmestelle für neue, zu bestückende Nadeln und die Ablagestelle für entfernte Nadeln im Bewegungsbereich des gelenkigen Werkzeugarmes vorgesehen. Bspw. können sie auf einer Grundplatte des Roboters angeordnet sein. Im Hinblick auf die Ablagestelle, kann es natürlich auch in Betracht kommen, dass die beschädigten Nadeln kurzerhand in eine Sammelrinne am Nadelbrett fallen und von dort abgeführt werden in einen Sammelbehälter. Alternativ könnten auch wenigstens zwei Ablagestellen vorgesehen sein, wobei eine Ablagestelle zur Aufnahme unversehrter, widerverwendbarer Nadeln dient und die andere die beschädigten Nadeln aufnimmt.
Festzuhalten ist, dass die selbstständige Entnahme der neuen Nadel durch den Roboter realisiert werden muss, um manuelle Arbeit zu vermeiden und damit Verletzungsgefahr auszuräumen und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Durch den gelenkigen Werkzeugarm am Roboter wird der konstruktive Aufwand einer herkömmlichen Nadelzuführung vermieden. Eine weiterführende Maßnahme zur Vermeidung von personellem Aufwand ist eine automatisierte Nadelzuführung zur Entnahmestelle. Dies könnte bspw. über Transportbänder erfolgen oder die Transportbänder könnten selbst Entnahmestelle sein und für den Roboter aus jeder seiner Positionen zum Nadelbrett erreichbar sein.
Die Detektionseinrichtung könnte optisch arbeiten und hierzu eine Kamera zur Detektion des Nadelbrettes umfassen. Die Kamera könnte bspw. direkt am Werkzeug bzw. Werkzeugarm des Roboters angeordnet sein und in Kommunikation mit der Steuer- und Antriebseinrichtung, insbesondere dem separaten Computer mit der großen Speicherkapazität, stehen. Zusätzlich zur Kamera könnte weiterführend eine der Kamera zugeordnete Beleuchtungseinrichtung zur Verbesserung der Bildqualität vorgesehen sein. Alternativ zu einer Kamera könnte auch ein Laserscanner oder ein induktiver Scanner oder auch ein kapazitiver Scanner eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann über ihre Detektionseinrichtung die Nadeln und / oder Nadelbohrungen am Nadelbrett frei detektieren und die detektierten / erfassten Daten an die Steuer- und Antriebseinrichtung, bevorzugt an den separaten Computer, senden, in dem ein entsprechendes Bildverarbeitungsprogramm und weiterführende Software, die zur korrekten Operation und Positionierung erforderlich ist, enthalten ist. Dort kann dann die tatsächliche Position der Nadeln oder Nadelbohrungen des Nadelbrettes bestimmt werden. Hierbei kann die Kamera entweder das gesamte Nadelbrett erfassen, was bei einer vollstän- digen Neubestückung oder bei einer vollständigen Nadelentfernung Sinn macht. Es besteht alternativ - besonders dann, wenn selektiv gearbeitet werden soll - aber auch die Möglichkeit, dass der Detektionsvorgang auf Teilbereiche des Nadelbrettes reduziert wird.
Sofern Operationen wie Selektion, Reparatur in Betracht gezogen werden, könnten zur noch genaueren Detektion der Nadel ein Näherungsschalter oder weitere Zusatzdetektoren vorgesehen sein, die bspw. die Spitze der Nadel genauer erfassen und die Daten zur Steuer- und Antriebseinrichtung übertragen. In Betracht käme bspw. ein kapazitiver oder induktiver Näherungsschalter. Gerade an der Nadelspitze kann festgestellt werde, ob diese stumpf ist oder ggf. von der Nadelbohrungsachse abweicht und somit unerwünscht nicht mehr fluchtet.
Die Nadel eines Nadelbrettes weist herkömmlich neben der Nadelspitze auch einen Haken am gegenüberliegenden Ende auf, der sich im montierten Zustand der Nadel gewöhnlich an der Rückseite des Nadelbrettes innerhalb einer dortigen Nut befindet. Die Hakenausbildung hat eine Verdrehsicherungsfunktion. Zudem erleichtert der Haken die manuelle Entfernung der Nadel. Eine wesentliche und bedeutende Weiterbildung der Erfindung betrifft nun die neuartige Ausgestaltung der Nadel, wobei anstelle eines Hakens ein Kopf, eine Verdickung, ein flächiger Bereich, ein geringfügig abragender Nocken oder andere greifbare, vorzugsweise kostengünstige, Konstruktionen möglich sind. Denkbar wäre auch eine greifbare Oberflächenstruktur anstatt eines Hakens an dem in Rede stehenden freien Ende der Nadel.
Wenn nur ein Roboter mit nur einem Werkzeugarm vorgesehen ist und man den Roboter nicht von der Vorder- zur Rückseite des Nadelbrettes bewegen möchte, könnte man alternativ auch eine drehbare Lagerung des Nadelbrettes an der Halteeinrichtung realisieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung könnte zusätzlich zum Roboter ein Portal vorgesehen sein, über das ebenfalls Operationen am Nadelbrett ausführbar sind. Das Portal könnte ebenfalls ein Werkzeug aufweisen und ist deshalb interessant, da ein Portal höhere Kräfte aufbringen kann. Dies ist bspw. beim Fixieren des Hakens einer herkömmlichen der Nadel innerhalb einer Nut an der Rückseite des Nadelbrettes oder auch beim Herausziehen der Nadel aus der Nadelbohrung von Vorteil. Dabei könnte der Roboter an der Vorderseite des Nadelbrettes arbeiten und das Portal an der Rückseite des Nadelbrettes. Selbstverständlich würde auch das Portal eine Steuer- und Antriebseinrichtung, ein Werkzeug, eine Detektionseinrichtung umfassen. Die Detektionsein- richtung könnte ebenfalls zusätzlich zu einer Kamera Näherungsschalter oder weitere Zusatzdetektoren aufweisen.
Das Werkzeug des Portals könnte in wenigstens drei Bewegungsrichtungen arbeiten. Zusätzlich zu den ohnehin bekannten und erforderlichen drei Bewegungsrichtungen - Breite, Höhe, Tiefe - könnte noch eine Drehbewegung um eine vierte Achse realisiert werden. Bei dieser Betrachtung sind die Bewegungen des Werkzeuges selbst - bspw. die Zangenbewegung eines Greifers - außen vorgelassen.
Bei dem Ausführungsbeispiel, wobei an der Vorderseite des Nadelbretts der Roboter und an der Rückseite das Portal arbeitet, könnte ein koordiniertes Arbeiten während der Nadelentfernung stattfinden. Zeitlich versetzt würden die Arbeiten des Roboters und des Portals beim Bestücken erfolgen, wobei das Einführen der Nadel an der Vorderseite des Nadelbrettes über den Roboter erfolgt und die Fixierung durch Einbringen des abgebogenen Hakens der Nadel in eine Nut an der Rückseite über das Portal erfolgt. Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel könnte die Bewegung von Roboter und Portal über die Breite des Nadelbrettes auf konventionellen Schienen erfolgen. Alternativ zur Roboter-Nadelbrett-Portal-Anordnung könnte natürlich auch die Baugröße des Roboters nebst Anzahl der Werkzeugarme angepasst werden. Des weiteren könnte mit zwei oder mehreren Robotern oder auch mit einem Roboter und einem Portal auf derselben Seite des Nadelbrettes gearbeitet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung lässt hier großen Spielraum. Für die Erfindung wesentlich ist, dass die Beweglichkeit des Werkzeuges, kurze und direkte Wege zum Ort der Operation ermöglicht.
Für den Fall, dass Reparaturen an selektierten Nadeln ausgeführt werden sollen, könnten dem Werkzeugarm ein Ausrichtwerkzeug für eine verbogene Nadel und/oder ein Schleifwerkzeug für eine stumpfe Nadel zugeordnet sein. Diese könnten vorzugsweise an einem rotierbaren Werkzeugteller angeordnet sein, an dem zusätzlich Greifwerkzeuge und zumindest eine Detektionseinrichtung angeordnet sind.
Bezüglich des Verfahrens werden drei grundsätzliche Ausführungen / Operationen unterschieden, nämlich
- das Bestücken des leeren Nadelbrettes mit Nadeln und deren Fixierung,
- das Entfernen / Herausziehen der Nadeln aus dem Nadelbrett und
- das Selektieren / Kontrollieren, ggf. Reparieren von Nadeln.
Allen Operationen geht voraus, dass der Roboter in Bezug zum Nadelbrett zu positionieren ist. Dazu könnte vor einer Operation in Abhängigkeit von der Art der Operation entweder die Vorderseite des Nadelbrettes (beim Selektieren, Ausrichten, Reparieren) oder die Rückseite des Nadelbrettes (beim Bestücken, Entfernen) detektiert - also berührungslos abgetastet - und daraus die Position der Nadeln oder der Nadelbohrungen ermittelt werden. Wie bereits im Hinblick auf die Vorrichtung beschrieben, könnten mittels Kamera Bilddaten erfasst und übermittelt werden, aber auch Laserscanner könnten ortsdiskret detektieren und die so er- fassten Daten übermitteln. Die detektierten Daten bezüglich der Nadeln (Selektieren) an der Vorderseite oder bezüglich der Nadelbohrungen (Bestücken) oder Haken (Entfernen) an der Rückseite des Nadelbrettes werden von der Detektionseinrichtung an die Steuer- und Antriebseinheit des Roboters, ggf. auch eines Portals, übermittelt. Besonders bevorzugt gelangen die detektierten Daten zu einem separaten Computer, der von der Steuer- und Antriebseinheit umfasst ist und eine besonders hohe Rechenleistung aufweist, damit er die detektierten Daten erfassen, transformieren und die realen Positionen der Nadeln und Nadelbohrungen ermitteln kann. Auf dieser Grundlage kann dann die Positionierung des Roboters bezogen auf das Nadelbrett erfolgen. Bei der Operation des Bestückens könnte auch die maschinelle Entnahme der Nadel durch den Werkzeugarm bzw. das Werkzeug des Roboters aus einer Entnahmestelle Bestandteil des automatisierten Bestückungsvorganges sein. Auch hier könnte man zurückgreifen auf einen vorgeschalteten Detektionsvorgang, unabhängig davon, ob man mit einer Kamera oder einen Laserscanner oder weiteren Detektionseinrichtungen detektiert.
Jedenfalls könnte es sich bspw. um dieselbe Detektionseinrichtung handeln, die auch das Nadelbrett detektiert. Mit der Detektionseinrichtung könnte im Falle einer Kamera bspw. ein Bild von einer Nadel aufgenommen werden, danach könnten die detektierten Daten - hier die Bilddaten - an die Steuer- und Antriebseinrichtung, insbesondere den separaten Computer, übertragen werden. Dort werden die Daten so elektronisch erfasst und verarbeitet, dass die Position und die Qualität der Nadel ermittelt werden und die Qualität ggf. auch durch eine zusätzliche Vergleichsoperation mit Referenzdaten kontrolliert wird. Letztlich geht es bereits hier darum, die Entnahme einer beschädigten Nadel zu vermeiden, so dass dem Zustand der Nadel, besonders der Spitze, bereits vor Entnahme Bedeutung zukommt. Wird eine beschädigte Nadel an der Entnahmestelle erkannt, so wird sie entsorgt.
Nachdem die elektronische Datenverarbeitung stattgefunden hat, wird das Werkzeug angesteuert, die Nadel zu entnehmen. Es kommt zur Initialisierung der Bewegung des Werkzeugarmes und des Greifers. Wenn die Nadel vom Werkzeug / Greifer aufgenommen ist, erreicht das Werkzeug eine Position, von der aus anschließend die Bewegung zum Nadelbrett erfolgt. Die Position kann beabstandet von der Entnahmestelle sein, aber die Bewegung kann auch direkt von der Entnahmeposition / Nadelaufnahmeposition des Werkzeuges zum Nadelbrett ausgeführt werden. Für den Fall, dass die Nadel an der Entnahmestelle fehlerhaft war, wird eine neue Nadel detektiert und aufgenommen.
Bevor nun tatsächlich die Einführung der entnommenen Nadel in eine Nadelbohrung erfolgt, findet eine Detektion der Nadelbohrung statt. Damit sollen bereits im Anfangsstadium Fehler vermieden werden, die bspw. durch Verschmutzung der Nadelbohrung oder Beschädigung des Nadelbretts hervorgerufen werden könnten. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass das Werkzeug auf einem drehbaren Werkzeugteller, gemeinsam mit weiteren Werkzeugen angeordnet ist. Ist eine Nadelbohrung verschmutzt, könnte durch Tellerrotation ein Reinigungswerkzeug positioniert werden. Dies alles und natürlich auch und eine Feineinstellung der Position des die entnommene Nadel tragenden Werkzeuges passiert nach der Übermittlung der detektierten, auf die Nadelbohrung bezogenen Daten zur Antriebs- und Steuereinrichtung / zum separaten Computer. Der Vorgang des Bestückens könnte dann so oft wie nötig wiederholt werden, so lange, bis das Nadelbrett in der gewünschten Quantität und Qualität bestückt ist.
Werden herkömmliche Nadeln mit Spitze und Haken verwendet, so reicht das Einführen der Nadeln in die Nadelbohrungen gewöhnlich nicht aus, um das Nadelbrett einsatzfähig werden zu lassen. Vielmehr muss ein Fixiervorgang folgen, wobei die Haken in speziell dafür vorgesehene Nuten an der Rückseite des Nadelbrettes eingepresst, eingedrückt oder eingedreht werden. Dies könnte durch den Roboter selbst oder einen zweiten Roboter erfolgen. Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der zum Fixieren ein Portal zum Einsatz kommt, welches aufgrund seiner stabilen Bauform höhere Kräfte aufbringen kann. Dieses Portal könnte auch gegenüberliegend zum Roboter angeordnet sein, so dass vor Einsatz des Portals eine Drehung des bestückten Nadelbrettes um 180° stattfinden muss und dann die bestückte Rückseite zum Portal weist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der auf das Verfahren bezogenen Erfindung könnte der Bestückungsvorgang folgende sichtbare Schritte enthalten: a) Detektieren der freien Nadelbohrungen an Rückseite des Nadelbretts b) Positionieren des Roboters bezogen auf das Nadelbrett
c) Detektieren einer zu entnehmenden Nadel in der Entnahmestelle
d) Aufnehmen der detektierten / erfassten Nadel durch den Roboter
e) Detektieren einer Nadelbohrung
f) Feinjustieren der Position des Roboters bzw. des Werkzeugarms bzw.
des Werkzeuges
g) Einführen der Nadel in eine Nadelbohrung des Nadelbretts
h) Wiederholen der Schritte c) bis g) so oft wie nötig.
Wenn das Nadelbrett mit Nadeln bestückt wurde, die eine Fixierung erforderlich machen, schließen sich an die Bestückung unter Verwendung einer Anordnung mit Roboter auf einer Seite des Nadelbrettes und einem Portal auf der anderen Seite des Nadelbrettes folgende Schritte an: i) Drehen des bestückten Nadelbrettes um 180°
j) Detektieren der Rückseite des Nadelbretts
k) Positionieren eines Portals bezogen auf das Nadelbrett Detektieren des der Spitze gegenüberliegenden, in der Nadelbohrung sitzenden Endes einer Nadel
m) Feinjustieren der Position des Portals bzw. des dortigen Werkzeuges n) Fixieren des in Rede stehenden Endes der Nadel, durch das Werkzeug
des Portals
o) Wiederholen des Schrittes j) bis n) so oft wie nötig.
Das Verfahren gemäß dem voranstehenden Ausführungsbeispiel könnte bezüglich der Schritte e) und f) sowie der Schritte I) und m) verkürzt werden, wenn bei den Schritten a) und j) eine äußerst präzise Erstdetektion stattfindet.
In der Steuer- und Antriebseinrichtung des Roboters einerseits und in der Steuer- und Antriebseinrichtung des Portals andererseits ist jeweils eine entsprechende Software vorgesehen, die die durch die Detektion ermittelten Daten so verarbeitet, dass die erforderlichen Bewegungsabläufe des Roboters, des Portals und des jeweiligen Werkzeuges realisiert werden. Denkbar ist auch eine gemeinsame Antriebs- und Steuereinheit mit einem oder zwei oder mehreren separaten Computern.
Die Nadelbohrungen könnten verschmutzt oder beschädigt sein oder die Enden könnten nicht konzentrisch in der Nadelbohrung sitzen. Dies sind Gründe, warum vor dem Entfernen der Nadel aus dem Nadelbrett - wie auch beim Bestücken - zunächst an der Rückseite des Nadelbrettes das Nadelende detektiert wird. Danach werden diese detektierten / erfassten Daten an die Steuer- und Antriebseinheit, respektive den leistungsfähigen separaten Computer, gesendet und derart elektronisch verarbeitet, dass Position und Qualität des Endes der Nadel bestimmt werden und dann das Werkzeug angesteuert wird, damit dieses das detektierte Ende der Nadel mit Zugkraft beaufschlagt und die Nadel aus der Nadelbohrung herauszieht. Zusätzlich zum Werkzeug, das die Nadel aus der Nadelbohrung herauszieht, könnte am Werkzeugarm oder an einem Werkzeugteller auch ein Werkzeug vorgesehen sein, das speziell zur Entfernung der Haken aus den Nuten geeignet ist.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zusätzlich zur Zugkraftbeaufschlagung durch das Portal an der Rückseite des Nadelbrettes an dessen Vorderseite durch das Werkzeug des Roboters an der Spitze der Nadel Druckkraft aufgebracht. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel könnte zunächst die Detektion zur Positionierung von Roboter und Portal ausgeführt werden, dann aber nochmals eine Detektion pro Nadel - Spitze oder Ende - durchgeführt werden, um eine Feinjustierung / Feinpositionierung des jeweili- gen Werkzeuges zu realisieren. Vorzugsweise kommunizieren die Steuer- und Antriebseinrichtungen / Detektionseinrichtungen von Roboter und Portal miteinander und wirken über eine Simultan- bzw. Koordinationssoftware koordiniert an derselben Nadel. Vorteilhaft ist es, wenn Portal und Roboter von derselben Antriebs- und Steuereinheit angesteuert bzw. ange- trieben werden.
Sobald die Nadel aus dem Nadelbrett entfernt ist, könnte sie einer Ablegestelle zugeführt werden, wo alle Nadeln gesammelt werden. Eine einfache Lösung besteht darin, dass das Werkzeug kurzerhand geöffnet wird und die Nadel in eine Abführrinne unterhalb des Nadel- brettes fällt. Danach kann das Werkzeug jedenfalls für die nächste zu entnehmende Nadel zur Verfügung stehen. Der Vorgang des Entfernens so oft wie nötig wiederholt. Alternativ könnten auch zwei verschiedene Ablegestellen vorgesehen sein, in die unbeschädigte und beschädigte entfernte Nadeln getrennt voneinander abgelegt werden. Eine weitere vorteilhafte und für die Erfindung wesentliche Operation, die mittels der erfindungsgemäßen Anordnung und durch die Flexibilität und Beweglichkeit des Roboters durchgeführt werden kann, ist das Selektieren einer Nadel oder einer Nadelbohrung im Zusammenhang mit Auswechsel- und Reparaturvorgängen. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht Einsparungen, da nur beschädigte Nadeln entfernt und ersetzt werden, nicht aber alle Nadeln gewechselt werden müssen.
Zunächst könnten nach einer ersten Detektion der Vorderseite des gesamten Nadelbretts mit den abragenden und teils beschädigten Nadelspitzen die Positionen von Schadstellen ermittelt werden. Dazu erfolgt ein Abgleich der detektierten / erfassten Daten des gesamten Nadelbrettes mit in der Antriebs- und Steuereinheit, insbesondere im separaten Computer, hinterlegten Referenzdaten. So könnten bereits im Vorfeld voraussichtliche Positionsdaten für den Roboter berechnet werden. Der Roboter kann dann die relevanten Bereiche direkt anfahren und es kann die Zeit einer langwierigen Detektion Spalte für Spalte oder Zeile für Zeile gespart werden. Der Vergleich könnte bspw. über eine Bildverarbeitungssoftware durch den Vergleich eines Referenzbildes mit homogener Nadelspitzenoberfläche mit den aktuellen Bilddaten, aufgenommen durch eine Kamera, erfolgen.
Zur Detektion könnte vorzugsweise ein induktiv arbeitender Näherungsschalter eingesetzt werden. Eine Flächenkamera, die auf die Vorderseite des Nadelbrettes und damit auf die Nadelspitzen gerichtet ist könnte hinsichtlich auftretender Verzerrungen im Bild problematisch sein. Unabhängig davon, ob im ersten Schritt jede Nadel des Nadelbrettes detektiert wird oder in einem ersten Schritt die anzufahrenden, von den Referenzdaten abweichenden Bereiche durch Gesamtdetektion des gesamten Nadelbrettes ermittelt werden, und dann in einem zweiten Schritt jede Nadel im anzufahrenden Bereich detektiert wird, werden auf jeden Fall die die einzelne Nadel betreffenden detektierten Daten zur Steuer- und Antriebseinheit / zum separaten Computer geleitet. Dort wird ein Vergleich mit entsprechenden Referenzdaten betreffend eine unbeschädigte Nadel angestellt und es wird die Position der ggf. zu selektierenden, beschädigten Nadel ermittelt, damit dann der Roboter / Werkzeugarm des Roboters genau dort positioniert werden kann.
Die für die Nadelselektion geltenden Ausführungen sind auch auf Nadelbohrungen zu übertragen, bspw. dann, wenn eine Nadelspitze abgebrochen ist und die Nadelbohrung von der abgebrochenen Nadel zu befreien ist oder wenn eine Nadelbohrung beim Abbrechen der Nadel beschädigt wurde oder kurzerhand für eine neue Bestückung frei geworden ist.
Die Referenzdaten könnten im Gutzustand nadelbrettspezifisch und/ oder nadelspezifisch sowie nadelbohrungsspezifisch generiert werden. Bei Verwendung einer Kamera werden Bilddaten erstellt, die die Geometrie der Nadel betreffen. Aufgrund der Flexibilität des Roboters mit seinem beweglichen Werkzeugarm gelingt es, mehrere Bilddaten zu delektieren, auch aus verschiedenen Blickwinkeln, so dass beim Abgleich mit den Referenzdaten Abweichungen zuverlässig festgestellt werden können. Dabei können sich die Abweichungen je nach Präzision des Roboters in einem Bereich von 2/100 mm bis 0,5 mm bewegen. Hier ist maßgebend, dass die Abweichungen nicht größer sein dürfen als 1/3 des Durchmessers der Nadelbohrung, angestrebt werden selbstverständlich möglichst gegen Null gehende Abweichungen.
Nachdem eine Nadel oder eine Gruppe von Nadeln ermittelt wurde, die von den Referenzda- ten abweichen, können deren Positionsdaten verwendet werden, um den Roboter oder auch nur dessen Werkzeugarm in den Bereich dieser selektierten Nadeln zu bewegen.
Dort könnten dann über einen Näherungsschalter mehr Informationen über die von den Referenzdaten abweichende Nadel ermittelt werden, die dann zur Steuer- und Antriebseinrich- tung des Roboters gesendet werden. Außerdem könnten weitere Detektoren vorgesehen sein, die bspw. Dichteeigenschaften, Oberflächenbeschaffenheit (Abnutzung) und weitere Daten ermitteln können. All diese Daten tragen dazu bei, die richtige Operation für die jeweilige Nadel auszusuchen.
In der Steuer- und Antriebseinheit des Roboters, insbesondere in deren separaten Compu- ter, könnte also über eine entsprechende Software ermittelt werden, ob die selektierte Nadel zu entfernen oder zu reparieren ist.
Da die Detektion der Nadeln unter dem Aspekt der Operation der Selektion und weiterführender mechanischer Operationen an der Vorderseite des Nadelbretts in Bezug auf die Na- delspitzen stattfindet, kann ein Entfernen einer nicht zu rettenden, beschädigten, bspw. abgebrochenen Nadel nur dann stattfinden, wenn ein Werkzeug auch die Rückseite des Nadelbrettes erreicht, um eine Zugkraft auf das Nadelende auszuüben. Hier wird auf die Ausführungen zur Nadelentfernung verwiesen. Wenn festgestellt wird, dass die Spitze der Nadel nicht mehr mit der Nadelbohrung fluchtet, könnte dem Werkzeugarm zur Ausrichtung der selektierten Nadel ein Ausrichtwerkzeug zugeordnet werden. Das Ausrichtwerkzeug könnte mechanisch oder thermisch oder magnetisch arbeiten. Die Ausrichtung würde dann entsprechend den in der Steuer- und Antriebseinrichtung vorgegebenen Referenzdaten vorgenommen werden.
Wenn über Abbildungsdaten oder Daten zur Oberflächenbeschaffenheit festgestellt wird, dass die Nadel wegen einer stumpfen Spitze selektiert wurde, könnte dem Werkzeugarm ein Reparaturwerkzeug zur Bearbeitung der Nadel zugeordnet werden. Die Reparatur der Nadel könnte dann entsprechend dem in der Steuer- und Antriebseinrichtung vorgegebenen Stan- dard vorgenommen werden. Anstatt einer Reparatur der Nadel unter mechanischer Einwirkung auf die Oberfläche könnte auch eine Säuberung von Filzrückständen stattfinden oder eine Schutz- oder Gleitschicht auf die Oberfläche der Nadel aufgetragen werden.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhaf- ter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der angeführten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich- nung zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 in vergrößerter, perspektivischer Darstellung den Roboter aus der An- Ordnung gemäß Fig. 1 nach dem Aufnehmen einer Nadel aus einer
Entnahmestelle, in vergrößerter, perspektivischer Darstellung die Anordnung aus Fig. 1 kurz vor dem Einführen der Nadel in das Nadelbrett, in perspektivischer Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, eine Darstellung der Abbildung eines Ausschnitts der gescannten Vorderseite des Nadelbretts aus Fig. 1 oder 3 betreffend die leeren Nadelbohrungen, eine Darstellung der Nadel, wie sie bei beiden Ausführungsbespie- len zur Verwendung kommt eine Darstellung der Abbildung der Nadel aus Fig. 6 als Zwischenergebnis eines Nadeldetektionsalgorithmus, eine Darstellung der Abbildung eines Ausschnitts der gescannten Rückseite eines Nadelbretts aus Fig. 1 oder 3 aus einem anderen Verfahrensschritt, wobei die Bestückung und Fixierung bereits erfolgt ist und eine Darstellung der Abbildung eines Ausschnitts der gescannten Vorderseite eines Nadelbretts aus Fig. 1 oder 3 aus einem anderen Verfahrensschritt, wobei eine Selektion beschädigter Nadeln bevorsteht.
Die Figuren 1 , 3 und 4 zeigen eine Anordnung zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes 1 , das aus einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung ausgebaut ist. Die Anordnung dient zur automatischen Durchführung von verschiedenen Operationen am Nadelbrett 1 , wie Bestücken oder Entfernen, ggf. Selektieren, Reparieren. Bei dem in den Fig. 1 und 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind ein Werkzeug 1 und eine Halteeinrichtung 3 zum Halten des Nadelbrettes 1 vorgesehen. Bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind zwei Werkzeuge 2 und eine Halteeinrichtung 3 zum Halten des Nadelbrettes 1 vorgesehen ist. Das Werkzeug 2 ist in Bezug zu einer in den Fig. 1 und 5 gezeigten Nadelbohrung 4 und / oder in Bezug zu einer in den Fig. 2, 6, 7 gezeigten Nadel 5 positionierbar. Die Positionierung erfolgt über eine Steuer- und Antriebseinrichtung sowie eine Detektionseinrichtung, die vom Werkzeug 2 umfasst sind. In den Figuren 2, 3 ist eine Kamera 6 als Detektionseinrichtung dargestellt, die dem Werkzeug 2 zugeordnet.
Erfindungsgemäß ist das Werkzeug 2 und die Steuer- und Antriebseinrichtung einem Roboter 7, 8 zugeordnet und der Roboter 7, 8 ist mit einem gelenkig gelagerten Werkzeugarm 9, 10 versehen, an dem das Werkzeug 2 angeordnet ist, das die Durchführung der gewünschten Operation erlaubt. Das Werkzeug 2 und die Kamera 6 sind an einem rotierbaren Werk- zeugteller 23 angeordnet, der in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist. Der Werkzeugteller 23 kann auch noch mit weiteren Werkzeugen oder Sensoren bzw. Detektionseinrichtungen bestückt sein oder werden. Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel sind weitere, nicht dargestellte Werkzeuge am Werkzeugteller 23 montiert, die dann je nach gewünschter Operation am Nadelbrett 1 zum Einsatz kommen.
Ein Teil der sonst nicht weiter dargestellten Steuer- und Antriebseinrichtung ist in Fig. 1 gezeigt und betrifft einen separaten Computer 22. Dieser Computer 22 erbringt die Rechenleistung, die nötig ist, den Roboter 7, 8 zu positionieren, Prozessabläufe zu koordinieren, detek- tierte Daten, die von der Kamera 6 kommen, zu verarbeiten. Der Computer 22 stellt hierzu einen Speicherplatz im Gigabytebereich bis Terrab tebereich zur Verfügung. Neben dem Computer 22 umfasst die Steuer- und Antriebseinrichtung eine hier nicht dargestellte SPS- Einheit, die mit dem Computer 22 kommuniziert und letztlich für die Bewegungsabläufe des Roboters 7, 8 verantwortlich ist. umfasst. Über die gestrichelten Pfeile ist dargestellt, dass vom Werkzeugteller 23, bzw. von der dort angeordneten, in Fig. 2 gezeigten Kamera 6, de- tektierte Daten an den Computer gesendet werden. Schließlich - nach Datenverarbeitung und Positionsbestimmung - wird dann der Roboter 7 steuert. Nicht gezeigt sind die Einzelheiten hinsichtlich einer SPS-Einheit, die mit dem Computer 22 in Verbindung steht und die, wie auch der Computer 22, selber Bestandteile der gesamten Steuer- und Antriebseinrichtung sind. Der Roboter 7, 8 ist in einen Bereich des Nadelbrettes 1 bewegbar, an dem die Operation ausgeführt werden soll. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Roboter 7 dazu Rollen 11 auf. Der ist Roboter 8 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf Schienen 12 verfahrbar. Der Werkzeugarm 9 ist um sechs Achsen A, B, C, D, E, F bewegbar. Dies trifft auch auf den Werkzeugarm 10 zu.
Die Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Entnahmestelle 3, die im Bewegungsbereich des Werkzeugarmes 9 angeordnet ist und neue, zu bestückende Nadeln 5 enthält. Dargestellt ist hier stellvertretend für weitere Nadeln 5 nur eine davon. Diese ist bereits vom Werkzeug 2 (Greifer) aufgenommen und über den Werkzeugarm 9 nach oben verschwenkt. Die Entnahmestelle 13 ist hier auf einem Sockel 14 angeordnet. Die Kamera 6 wird hier zum Detektieren der neuen, zu bestückenden Nadel 5 der Entnahmestelle 13 verwendet.
Dieselbe Kamera 6 dient auch zur Detektion des Nadelbrettes 1 , nämlich der dortigen Nadeln 5 und / oder der Nadelbohrungen 4. Die Fig. 1 bis 3 zeigen Phasen des Bestückungsvorgangs. Deshalb werden dort die Nadelbohrungen 4 an der Rückseite des Nadelbrettes 1 detektiert. Die beim Detektieren mittels Kamera 6 gewonnenen Bilddaten werden zum Computer 22 der Steuer- und Antriebseinheit des Roboters 7 gesendet und es erfolgt - nach der Datenverarbeitung - eine Positionierung des Roboters 7 bezogen auf das Nadelbrett 1. Dazu werden die Rollen 1 1 von der vom Roboter 7 umfassten Steuer- und Antriebseinrichtung, insbesondere deren SPS-Einheit, aktiviert. In Fig. 3 hat der Roboter bereits eine Position erlangt und die Bestückung des Nadelbrettes 1 mit der Nadel 5 steht kurz bevor.
In Fig. 4, die das zweite Ausführungsbeispiel betrifft, ist gezeigt, dass das Nadelbrett 1 über Drehlager 15 drehbar an der Halteeinrichtung 3 gelagert ist. Dort ist außerdem zusätzlich zum Roboter 8 ein Portal 16 vorgesehen ist, über das ebenfalls Operationen am Nadelbrett 1 ausführbar sind. Das Portal 16 umfasst ein hier nicht im Einzelnen dargestelltes Werkzeug, das in vier Bewegungsrichtungen arbeitet. Während der Operation des Nadelentfernens ist an der Vorderseite des Nadelbrettes 1 der Roboter 8 und an der Rückseite des Nadelbrettes 1 das Portal 16 angeordnet. Bei anderen Operationen wird sukzessive - jeweils nach dem Drehen des Nadelbrettes 1 - gearbeitet.
Die Anordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst einen rechteckigen Rahmen 17, auf dem mittig, von Querseite 18 zu Querseite 18 des Rahmens 17 die Halteeinrichtung 3 mit dem Nadelbrett 1 angeordnet ist. Beidseitig parallel zur Halteeinrichtung 3 und zum Nadelbrett sind am Rahmen 17, ebenfalls von Querseite 18 zu Querseite 18 Schienen 12 vorgesehen - zum einen zur Positionierung des Portals 12, zum anderen zur Positionierung des Roboters 8. Unterhalb der Schienen 12 erstrecken sich eine Schleppeinrichtung 20 für elektrische Leitungen und eine Linearführung 21 hierfür. In Fig. 4 ist der Rahmen 17 als solcher zusammen mit der Anordnung gezeigt. Im Komplettzustand würde der Rahmen in einem Gehäuse mit Unterbau angeordnet sein, das hier weggelassen wurde.
Die Roboter 7, 8 sind über auf einer Grundplatte 19 fixiert. Die Grundplatte 19 mit dem Roboter 7, 8 wird entweder über daran angeordnete Rollen 1 1 oder über Schienen 12 zum Ort der Operation am Nadelbrett 1 verbracht. Im Falle der Schienen 12 sind dort nicht näher bezeichnete Gleitlager montiert, die auf der Schiene 12 verfahren werden und mit der Unterseite der Grundpatte 19 verbunden sind.
Die Fig. 6 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Nadel 5 mit Haken 5a und Spitze 5b. Die Nadel 5 steht dem Roboter 7 an der Entnahmestelle 13 zur Verfügung und wird im Vorfeld detektiert, damit das Werkzeug 2 diese ergreifen kann. In Fig. 7 ist die Nadel 5 als Zwischenergebnis eines Nadeldetektionsalgorithmus gezeigt, das durch den Computer 22 erstellt wurde.
Die Figuren 5, 6, 8 und 9 zeigen Bilder, die von der Kamera 6 aufgenommen wurden. Dabei betrifft Fig. 5 die Rückseite des Nadelbrettes 1 im Leerzustand. Es soll die Bestückung vorbereitet werden. Die Nadelbohrungen 4 sind von Relevanz. Diese werden detektiert, um daraus die Position der Nadelbohrungen 4 zu ermitteln und schließlich die Position des Roboters 7, 8, ggf. des Portals 16 zu bestimmen.
Bei Fig. 8 geht es auch um die Rückseite des Nadelbrettes 1 , das hier aber bereits mit Nadeln 5 bestückt ist, deren Haken 5a an der Rückseite verankert sind. Es soll die Entfernung der Nadeln 5 vorbereitet werden. Auch die Haken 5a sind vor dem Entfernen zu detektieren, da sie nach der Benutzung des Nadelbrettes 1 beschädigt sein können und auch in ihrer Position verändert sein können. Insofern sollte präzise Detektion und eine Feinjustierung des Werkzeuges 2 über die bestmögliche Positionierung des Werkzeugarmes 9 des Roboters 7, 8 erfolgen, damit es von der optimalen Position aus angreifen kann. In Fig. 8 wurde anhand einer ausgewählten, sich unter dem dortigen Haken 5a befindlichen Nadelbohrung 4 die Ermittlung der x- und y-Koordinaten veranschaulicht, die zur Positionsbestimmung des Werkzeuges erforderlich sind. In Figur 9 geht es um die Vorderseite des Nadelbrettes 1 , das bereits mit Nadeln 5 bestückt ist, deren Spitzen 5b hier zu sehen sind. Die Operation des Selektierens beschädigter Nadeln 5 soll vorbereitet werden, respektive von möglichen Folgeoperationen wie Reparieren, Ausrichten, Schleifen. Hier sind besonders die Spitzen 5b der Nadeln 5 von Relevanz. Die gewonnenen Bilddaten werden im Computer 22, einem Vergleich mit Referenzdaten betreffend unbeschädigte Nadeln unterzogen und es wird die Position zu selektierender, beschädigter Nadeln 5 ermittelt.
Hinsichtlich weiterer, in den Figuren nicht gezeigter Merkmale wird auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Lehre nicht auf die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist. Vielmehr sind weitere Bewegungsmöglichkeiten und Ausbildungen der Werkzeuge zur Realisierung der gewünschten Operationen, zusätzliche Operationen, wie Beschichten, formende oder trennende Bearbeitungsgänge denkbar. Auch im Hinblick auf die Synchronisation des Roboters 8 und des Portals 16 sind die unterschiedlichsten Kopplungen der erforderlichen Kraftübertragungsmittel und/oder eine passende Synchronisationssoftware möglich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anordnung zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes (1 ) einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere zur automatischen Durchführung von verschiedenen Operationen, wie Bestücken oder Entfernen, ggf. Selektieren, Ausrichten, Reparieren, mit mindestens einem Werkzeug (2) und mit einer Halteeinrichtung (3) zum Halten des Nadelbrettes (1 ), wobei das Werkzeug (2) in Bezug zu einer Nadelbohrung (4) und/oder einer Nadel (5) des Nadelbrettes (1 ) über eine Steuer- und Antriebseinrichtung und mindestens eine Detektionseinrichtung positionierbar ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Werkzeug (2) und die Steuer- und Antriebseinrichtung zumindest einem Roboter (7, 8) zugeordnet sind und dass der Roboter (7, 8) mit mindestens einem gelenkig gelagerten Werkzeugarm (9, 10) versehen ist, an dem das Werkzeug (2) angeordnet ist, das die Durchführung der gewünschten Operation erlaubt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (7, 8) in einen Bereich des Nadelbrettes (1 ) verbringbar ist, an dem die Operation ausgeführt werden soll.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (7) auf Rollen (11) oder über ein Magnetfeld schwebend in den Bereich des Nadelbrettes (1) verbringbar ist, an dem die Operation ausgeführt werden soll.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Antriebseinrichtung zumindest einen separaten Computer (22) umfasst, der die Rechenleistung erbringt, die nötig ist, den Roboter (7, 8) zu positionieren, der Prozessabläufe koordiniert, detektierte Daten verarbeitet und Speicherplatz im Gigabytebereich bis Terra- bytebereich zur Verfügung stellt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Antriebseinrichtung zumindest eine SPS-Einheit umfasst.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugarm (9, 10) um mehrere, insbesondere um sechs, Achsen (A, B, C, D, E, F) bewegbar ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bewegungsbereich des Werkzeugarmes (9) eine Entnahmestelle (13) für neue, zu bestückende Nadeln (5) und / oder mindestens eine Ablagestelle für entfernte Nadeln vorgesehen ist bzw. sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung eine Kamera (6) zur Detektion des Nadelbrettes (1), insbesondere der dortigen Nadeln (5) und / oder Nadelbohrungen (4), umfasst, die mit der Steuer- und Antriebseinrichtung, insbesondere mit dem separaten Computer (22), zusammenwirkt.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung mindestens einen Näherungsschalter zur Detektion des Nadelbrettes (1), insbesondere der Spitzen (5b) der Nadeln (5), umfasst.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nadelbrett (1) drehbar an der Halteeinrichtung (3) gelagert ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Roboter (8) ein Portal (16) vorgesehen ist, über das ebenfalls Operationen am Nadelbrett (1) ausführbar sind.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Portal (16) ein Werkzeug (2) umfasst, das in wenigstens drei Bewegungsrichtungen arbeitet.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der Operation des Nadelentfernens auf der Vorderseite des Nadelbrettes (1) der Roboter (8) und auf der Rückseite des Nadelbrettes (1) das Portal (16) angeordnet sind, die ein koordiniertes Arbeiten ermöglichen.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeugarm (9, 10) zur Reparatur einer selektierten Nadel (5) ein Ausrichtwerkzeug und/oder ein Bearbeitungswerkzeug zugeordnet ist bzw. sind und dass vorzugsweise ein rotierbarer Werkzeugteller (23) vorgesehen ist, an dem verschiedene Werkzeuge (2) und Detektionseinrichtungen angeordnet sind..
15. Verfahren zum Auf- und/oder Abrüsten sowie Instandhalten eines Nadelbrettes einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere zur automatischen Durchführung von verschiedene Operationen, wie Bestücken oder Entfernen, ggf. Selektieren Ausrichten, Reparieren, wobei Nadeln oder Nadelbohrungen am Nadelbrett detektiert werden und wobei ein Werkzeug entsprechend den detektierten / erfassten Daten in Bezug auf das Nadelbrett positioniert wird und Operationen ausführt,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Operationen über einen gelenkigen Werkzeugarm eines Roboters ausgeführt werden, an dem das für die jeweils gewünschte Operation passende Werkzeug angeordnet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Operation in Abhängigkeit von der Art der Operation entweder die Vorderseite des Nadelbrettes (beim Selektieren, Ausrichten, Reparieren) oder die Rückseite des Nadelbrettes (beim Bestücken, Entfernen) detektiert und daraus die Position der Nadeln oder der Nadelbohrungen ermittelt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierten / erfassten Daten zu einer Steuer- und Antriebseinheit des Roboters, insbesondere zu einem separaten Computer der Steuer- und Antriebseinheit mit hoher Rechenleistung und Spei- cherkapazität, gesendet und dort in reale Positionsdaten transformiert werden und schließlich eine Positionierung des Roboters bezogen auf das Nadelbrett erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Operation des Bestückens des Nadelbretts mit Nadeln über den Werk- zeugarm bzw. das Werkzeug des Roboters eine Nadel aus einer Entnahmestelle entnommen wird, wobei vor der Entnahme der Nadel aus der Entnahmestelle eine Detektionsein- richtung in den Bereich der Entnahmestelle verbracht wird und eine Nadel detektiert wird, wonach diese detektierten / erfassten Daten derart elektronisch verarbeitet werden, dass Position und Qualität der Nadel bestimmt werden und dann das Werkzeug angesteuert wird, die detektierte Nadel zu entnehmen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Einführung der entnommenen Nadel in eine Nadelbohrung, eine Detektion der Nadelbohrung stattfindet, die detektierten / erfassten Daten zur Antriebs- und Steuereinheit gesendet werden und eine Feineinstellung der Position des die entnommene Nadel tragenden Werkzeuges vorgenommen wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Operation des Entfernens einer Nadel das in der Nadelbohrung sitzende Ende der Nadel an der Rückseite des Nadelbretts detektiert wird, wonach diese detektierten / erfassten Da- ten derart elektronisch verarbeitet werden, dass Position und Qualität des Endes der Nadel bestimmt werden und dann das Werkzeug angesteuert wird, das detektierte Ende der Nadel mit Druck zu beaufschlagen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Operation des Selektierens einer Nadel diese an der Vorderseite des Nadelbrettes detektiert wird und dass die detektierten / erfassten Daten in der Steuer- und Antriebseinheit einem Vergleich mit Referenzdaten betreffend eine unbeschädigte Nadel unterzogen werden und die Position der ggf. zu selektierenden, beschädigten Nadel ermittelt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass nach der Feststellung der Position von Nadeln, die von den Referenzdaten abweichen, eine Positionierung des Roboters bezogen auf den entsprechenden Bereich des Nadelbretts erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Antriebseinheit ermittelt wird, ob die selektierte Nadel zu entfernen, zu reparieren, insbesondere auszurichten, ist.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparatur der selektierten Nadel entsprechend den in der Steuer- und Antriebseinrichtung hinterlegten Refe- renzdaten erfolgt.
25. Nadel für ein Nadelbrett einer Nadelmaschine zur Vliesstoff- oder Nadelfilzherstellung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Spitze und einem der Spitze gegenüberliegenden Ende,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das der Spitze gegenüberliegende Ende der Nadel im Sinne eines flächigen, insbesondere kreis- oder ellipsenförmigen, Kopfes ausgeführt ist, der geringfügig größer ist als der Querschnitt der Nadel.
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