WO2015106757A2

WO2015106757A2 - Schraubeinheit; verfahren zum automatisierten ein- und/oder ausschrauben einer schraube in mindestens ein werkstück bzw. aus mindestens einem werkstück mittels einer schraubeinheit; verfahren zum automatisierten ein- und/oder ausschrauben einer schraube in mindestens ein werkstück bzw. aus mindestens einem werkstück mittels einer an einem roboter angeordneten schraubeinheit

Info

Publication number: WO2015106757A2
Application number: PCT/DE2015/000018
Authority: WO
Inventors: Dieter Faude
Original assignee: Faude Automatisierungstechnik Gmbh
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-07-23
Also published as: WO2015106757A3

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Schraubeinheit (1), einem Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer Schraubeinheit (1) und einem Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer an einem Roboter (11) angeordneten Schraubeinheit (1), wobei die Schraubeinheit (1) mit einem Bit (2) ausgestattet ist, der ein Schrauben-Mitnahmeprofil (3) aufweist und mittels einer Antriebseinheit (10) angetrieben wird und an einem Roboter (11) angeordnet ist, und eine den Bit (2) zumindest teilweise umhüllende Schutzvorrichtung (8) aufweist, wodurch ein kollaborierender Betrieb zwischen Mensch und Maschine ermöglicht wird.

Description

FAUDE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbH: 71116 Gärtringen

Schraubeinheit; Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer Schraubeinheit; Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer an einem Roboter angeordneten Schraubeinheit

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schraubeinheit, nach der Gattung des Anspruchs 1 , und einem Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer Schraubeinheit, nach der Gattung des Anspruchs 6, einem Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer an einem Roboter angeordneten Schraubeinheit, nach der Gattung des Anspruchs 14.

Schraubeinheiten, auch Verschraubeinheiten genannt, sind Vorrichtungen zum automatisierten Verschrauben von Werkteilen und gehören seit langem zum Stand der Technik. Trotz dieser Automatisierung, die in der Regel eine Bewegung des Roboters und/oder eine Bewegung des zu bearbeitenden Teils beinhaltet, muss aber sichergestellt werden, dass die automatisierten Arbeitsschritte zuverlässig durchgeführt und den qualitativen Ansprüchen bzgl. des Arbeitsergebnisses entsprechen. Zudem sind die Anforderungen an die Arbeitssicherheit recht hoch, da ein Schrauben-Mitnahmeprofil einer Verschraubeinheit oftmals scharfkantigen Klingen aufweist, so dass das Gefährdungspotential, das von einem automatisierten Prozess ausgeht, möglichst ge- ring gehalten werden muss. All dies kann sich nachteilig auf den Umfang der Automatisierung auswirken, so dass ein kollaborierender Betrieb mit dem Menschen aufgrund der Verletzungsgefahr nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und Verfahren zu entwickeln, die einen kollaborierenden Betrieb zwischen Mensch und Maschine erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung und ein Verfahren derart ausgestaltet sind, dass durch eine Schutzvorrichtung, insbesondere durch eine überfederte Schutzhülse, ein z.B. scharfkantiges Schrauben-Mitnahmeprofil eines Bits geschützt wird und eine Kollision der Vorrichtung mit einem Menschen (z.B. Arbeiter) detektiert wird, so dass der Mensch nicht verletzt werden kann.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die erfindungsgemäße Schraubeinheit, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 , hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Schutzvorrichtung über dem Bit der Schraubeinheit einen kollaborierenden Betrieb zwischen Mensch und Maschine ermöglicht. Insbesondere werden dabei die Normen EN-ISO 10218-1 , EN-ISO 10218- 2 sowie die technische Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS 15066 erfindungsgemäß eingehalten.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schraubeinheit ist die Schutzvorrichtung eine überfederte Schutzvorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass die Schutzvorrichtung stets, sobald die Schraubeinheit eine andere als die Verschraubpo- sition besitzt, automatisch durch einen Mechanismus, insbesondere durch einen Federmechanismus, nach vorne über den Bit geschoben wird. Bevorzugt wird der Bit zum Schrauben erst an der Schraubposition freigegeben, wodurch ebenfalls eine Verletzung des Menschen vermieden wird.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schraubeinheit ist die Schutzvorrichtung verschieblich an der Schraubeinheit (1 ) angeordnet. Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schraubeinheit ist die Schutzvorrichtung eine Schutzhülse, ein Schutzkäfig odgl..

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schraubeinheit weist die Schraubeinheit eine Kamera und/oder eine Sensorik auf. Der Vorteil insbesondere einer Kamera oder eines Kamerasystems an der Schraubeinheit besteht darin, dass die Schutzvorrichtung zu einer Abweichung der Schraubenposition bzw. der allgemein Werkteilposition führen kann und die Kamera trotz der Schutzvorrichtung eine genaue Positionierung der Schraubeinheit erlaubt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer Schraubeinheit, wobei die Schraubeinheit einen durch eine Antriebseinheit antreibbaren Bit mit einem Schrauben-Mitnahmeprofil aufweist, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6, hat demgegenüber den Vorteil, dass das Verfahren einen kollaborierenden Betrieb mit dem Menschen ermöglicht, da die Schraubeinheit eine den Bit zumindest teilweise umhüllende Schutzvorrichtung aufweist, durch die der Bit während der Durchführung des Verfahrens aufgrund der in einer Schutzposition befindlichen Schutzvorrichtung zumindest zeitweise geschützt ist. Bevorzugt werden dabei die Normen EN-ISO 10218-1 , EN-ISO 10218-2 sowie die technische Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS 15066 erfindungsgemäß eingehalten. Zudem werden durch das Verfahren eine deutliche Zeitersparnis und eine verbesserte Sicherheit beim Schrauben erzielt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Schutzvorrichtung an der Schraubeinheit beweglich angeordnet, so dass je nach Position der Schutzvorrichtung der Bit mehr (durch z.B. einen innerhalb der Schutzvorrichtung befindlichen Bit) oder weniger (durch z.B. ein(en) zumindest teilweise außerhalb der Schutzvorrichtung befindlichen Bit oder Schrauben-Mitnahmeprofil) geschützt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schutzvorrichtung durch eine axiale oder resultierende Kraft verschoben. Dies bietet den Vorteil, dass der Bit mit dem scharfkantigen Schrauben-Mitnahmeprofil geschützt ist.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich die Schutzvorrichtung zumindest während der Zeit, in der sich die Schraubeinheit z.B. mittels des Roboters oder manuell im Raum von Schraubposition zu Schraubposition bewegt und/oder in der der Bit nicht durch die Antriebseinheit angetrieben ist, in ihrer Schutzposition.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer ungewollten Verschiebung (z.B. eine Verschiebung der Schutzvorrichtung bei einem Kontakt Mensch - Maschine) der Schutzvorrichtung eine Bewegung der Schraubeinheit und/oder ein durch die Antriebseinheit angetriebener Bit gestoppt. Somit kann hier keine Verletzung des Menschen (Bedieners) erfolgen.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Schraubeinheit an einem Roboter angeordnet.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens stoppt bei einer Überschreitung eines Maximalwertes durch eine z.B. seitlich auf die Schraubeinheit einwirkende Kraft eine Kraftüberwachung den Roboter. Vorteilhaft daran ist, dass wie oben erläutert ebenfalls eine Verletzung des Menschen verhindert werden kann. Die Kraftüberwachung kann dabei durch den Roboter durchgeführt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Kraftsensor und/oder zumindest ein Drehmomentensensor in bzw. an der Roboterkinematik bzw. Roboter vorgesehen sein, mittels welcher bzw. welchen eine Überwachung der extern auf die Roboterkinematik bzw. den Roboter wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente durchgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Detektion der von außen einwirkenden Kräfte und/oder Drehmomente mittels einer Überwachung der Stromaufnahme der Antriebe des Roboters erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzvorrichtung bzw. die das Bit zumindest teilweise umgebende Hülse zusammen mit einer Detektionseinrich- tung wirken, um die Kollision der Schutzvorrichtung mit einem Objekt zu detektieren. Dabei kann die Detektionseinrichtung beispielsweise ein Schalter sein, der durch die Schutzvorrichtung betätigbar ist. Vorteilhafterweise weist die Schutzvorrichtung verglichen mit dem Bit eine größere Angriffsfläche auf, mit welcher ein externes Objekt im Falle einer Kollision in Berührung kommt, so dass bei gleichem Anpressdruck eine größere Kraft zwischen Roboter und Objekt wirken kann, ohne dass ein hoher Anpressdruck zu einer Beschädigung des Objekts führt bzw. zur einer Verletzung eines Menschen. Dadurch kann vorteilhafterweise auch die Kollisionsdetektion zuverlässiger durchgeführt werden, insbesondere wenn die Kollisionsdetektion auf einer Beobachtung der Stromaufnahme der Antriebe des Roboters beruht.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das Verfahren als Schraubeinheit eine Schraubeinheit, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer an einem Roboter angeordneten Schraubeinheit, wobei die Schraubeinheit einen durch eine Antriebseinheit antreibbaren Bit mit einem Schrauben-Mitnahmeprofil aufweist, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14, hat demgegenüber den Vorteil, dass das Verfahren einen kollaborierenden Betrieb mit dem Menschen ermöglicht. Bevorzugt werden dabei die Normen EN-ISO 10218-1 , EN- ISO 10218-2 sowie die technische Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS 15066 erfindungsgemäß eingehalten. Zudem werden durch das Verfahren eine deutliche Zeitersparnis und eine verbesserte Sicherheit beim Schrauben erzielt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die aktuellen Positionsdaten mit der aktuellen Roboterposition verrechnet, wodurch alle Schraubenpositionen definiert sind und zwischenzeitlich keine neue Positionsermittlung der Schraubeinheit erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass durch die fehlende jeweilige Ermittlung der nächsten Schraubenposition eine deutliche Zeitersparnis erreicht wird.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das Verfahren als Schraubeinheit eine Schraubeinheit, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, verwendet und oder bei dem Verfahren ein Verfahren, nach einem der Ansprüche 6 bis 13, eingesetzt wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.

Zeichnung

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Werkzeugs der erfindungsgemäßen

Schraubeinheit ohne Schutzvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Werkzeugs der erfindungsgemäßen

Schraubeinheit mit Schutzvorrichtung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schraubeinheit beim Verschrauben eines Alu- Deckels in einer perspektivischen Schnittdarstellung,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schraubeinheit beim Verschrauben eines Alu- Deckels in einer geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraubeinheit beim Verschrauben eines Alu-Deckels,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Schraubeinheit, gemäß Fig.

5,

Fig. 7 eine Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Schraubeinheit, gemäß

Fig. 5, eine erfindungsgemäße Schraubeinheit beim Verschrauben eines Alu- Deckels in einer weiteren perspektivischen Schnittdarstellung, eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit Schutzvorrichtung, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit ausgefahrener Schutzvorrichtung im Schnitt, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit ausgefahrener Schutzvorrichtung im Schnitt, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit ausgefahrener Schutzvorrichtung, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit eingefahrener Schutzvorrichtung im Schnitt, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit eingefahrener Schutzvorrichtung im Schnitt, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit eingefahrener Schutzvorrichtung, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit ausgefahrener Schutzvorrichtung in perspektivischer 3-D-Darstellung, eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit eingefahrener Schutzvorrichtung in perspektivischer 3-D-Darstellung, eine Ansicht der Unterseite einer erfindungsgemäßen Schraubeinheit, eine Ansicht der Oberseite einer erfindungsgemäßen Schraubeinheit, Fig. 20 eine erfindungsgemäße Schraubeinheit mit eingefahrener Schutzvorrichtung in perspektivischer 3-D-Darstellung beim Verschrauben,

Fig. 21 eine erfindungsgemäße Schraubeinheit mit eingefahrener Schutzvorrichtung in perspektivischer 3-D-Schnittdarstellung beim Verschrauben,

Fig. 22 eine Darstellung der Schraubpositionen des Alu-Deckels,

Fig. 23 eine gesamte Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit Roboter in perspektivischer 3-D-Darstellung beim Verschrauben,

Fig. 24 eine Aufsicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit mit Roboter in perspektivischer 3-D-Darstellung beim Verschrauben,

Fig. 25 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit in perspektivischer

3-D-Darstellung,

Fig. 26 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit von unten,

Fig. 27 eine Draufsicht von im Werkteil eingesetzten Aktuatoren,

Fig. 28 eine Ansicht der in einem Tray bereitgestellten Aktuatoren,

Fig. 29 einen erfindungsgemäßen Greifer in einer Position um einen Aktuator abzuholen,

Fig. 30 einen erfindungsgemäßen Greifer beim Abholen eines bereitgestellten

Aktuators aus dem Tray,

Fig. 31 einen erfindungsgemäßen Greifer in vergrößerter Darstellung, Fig. 32 einen erfindungsgemäßen Greifer in einer für den kollaborierenden Betrieb sicheren Position, um einen Aktuator zu transportieren,

Fig. 33 eine erste Seitenansicht des erfindungsgemäßen Greifers beim Andrücken der Greiferbacken über der Aktuatorbohrung an das Werkteil,

Fig. 34 eine zweite Seitenansicht des erfindungsgemäßen Greifers beim Andrücken der Greiferbacken über der Aktuatorbohrung an das Werkteil,

Fig. 35 einen erfindungsgemäßen Greifers beim Abholen bzw. Andocken der

Schrauber-Einheit,

Fig. 36 eine Detailansicht der verbundenen Schrauber-Einheit mit dem erfindungsgemäßen Aktuatorgreifer,

Fig. 37 eine Aufsicht auf den Arbeitsplatz mit einem erfindungsgemäßen Greifer in Beölposition,

Fig. 38 eine Aufsicht auf den Arbeitsplatz mit einem erfindungsgemäßen Greifer in Aktuator-Setzposition und

Fig. 39 eine Aufsicht auf den Arbeitsplatz mit einem erfindungsgemäßen Greifer im Verbund mit der Schrauber-Einheit in Verschraubposition.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 ohne Schutzvorrichtung (z.B. Schutzhülse) in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Schraubeinheit 1 weist einen Bit 2 mit einem Schrauben-Mitnahmeprofil 3 in Form eines Sechsrundes auf. Das Schrauben-Mitnahmeprofil 3 des Bits 2 kann beispielsweise auch als Schlitz, Phillips, Pozidriv, Inbus, Vierkant, Robertson, Tri-Wing, Torq-Set, Spanner oder dgl. ausgebildet sein. Die Schraubeinheit 1 weist eine Schutzhülsenhal- terung 4 auf, die durch einen Mechanismus 5, beispielsweise eine Feder oder dgl., in unterschiedliche Stellungen (Positionen) gebracht werden kann, wobei die Grundstellung der nicht dargestellten Schutzhülse den Bit 2 nicht freigibt, d. h. überdeckt. In Fig. 1 ist der Mechanismus 5 als Schraubenfeder ausgeführt, wobei die Feder unter Spannung steht, so dass die nicht dargestellte Schutzhülse den Bit 2 der Schraubeinheit 1 freigeben würde. An der Schutzhülsenhalterung 4 ist eine in Fig. 1 nicht dargestellte Schutzhülse angeordnet, welche im Ausführungsbeispiel mittels mehrerer Schrauben 6 an der Schutzhülsenhalterung 4 befestigt werden kann. Die nicht gezeigte Schutzhülse kann auch in einer anderen Art und Weise an der Schutzhülsenhalterung 4 angeordnet sein, beispielsweise geklebt oder dgl.. An dem Mechanismus 5 ist eine Verbindungseinheit 7 angeordnet, wodurch die Schraubeinheit 1 mit einer in Fig. 1 nicht gezeigten Antriebseinheit verbunden werden kann.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit Schutzvorrichtung 8, wobei die Schutzvorrichtung 8 mittels Schrauben 6 an der Schutzhülsenhalterung 4 angeordnet ist. Die Schutzvorrichtung 8 wird durch den mit der Schutzhülsenhalterung 4 verbundenen Mechanismus 5 derart in Position gehalten, dass der Bit 2 der Schraubeinheit 1 nicht freigegeben ist. In einer solchen Stellung der Schutzvorrichtung 8 kann der Bit 2 der Schraubeinheit 1 nicht in Kontakt mit Körperteilen, z.B. Finger, Hand, Arm usw., eines Mitarbeiters im Produktionsablauf kommen, wodurch Arbeitsunfälle zumindest reduziert oder sogar gänzlich vermieden werden. Die Schraubeinheit 1 ist so ausgeführt, dass ein Schrauben-Mitnahmeprofil 3, den Mitarbeiter nicht verletzen kann. Eine überfederte Schutzvorrichtung 8 schützt die scharfkantige Klinge des Bits 2 und detektiert ggf. eine Kollision. Somit ist das Ganze zusätzlich noch so ausgeführt, dass ein kollaborierender Betrieb mit dem Menschen ermöglicht wird. Für einen solchen kollaborierenden Betrieb zwischen Mensch und Maschine sind die Normen EN-ISO 10218-1 , EN-ISO 10218-2 sowie die technische Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS 15066 beachtlich und werden erfindungsgemäß eingehalten.

In Fig. 3 wird eine erfindungsgemäße Schraubeinheit 1 beim automatisierten Ver- schrauben eines Alu-Deckels 9 in einer perspektivischen Schnittdarstellung gezeigt. Die Schraubeinheit 1 ist hierbei mit einer Antriebseinheit 10 verbunden, welche an einen Roboter 11 angeordnet ist. Des Weiteren weist der Roboter 11 eine Kamera 12 auf. Die Kamera 12 ist derart am Roboter 11 angeordnet, dass stets eine exakte Positionsbestimmung der Schraubeinheit 1 möglich ist.

Die Schraubeinheit 1 wird zum automatisierten Verschrauben unterschiedlichster Bauteile eingesetzt, wobei beispielsweise das nachfolgend beschriebene Verfahren abläuft. Zuerst läuft das Werkteil, hier beispielsweise der Alu-Deckel 9, auf einer Produktionsstraße oder ähnlichem, z. B. einer Fördereinrichtung, ein und wird am Bearbeitungsplatz indexiert ausgehoben, d. h. es wird stets exakt an der gleichen Position abgelegt. Anschließend fährt ein Roboter mit angeordneter Schraubeinheit 1 auf die Bildaufnahmeposition und es erfolgt eine Bildaufnahme mit dem Kamerasystem. Hierdurch werden die genauen aktuellen Positionsdaten (Korrekturdaten) der Schraubeinheit 1 ermittelt und mit der aktuellen Roboterposition verrechnet, so dass die jeweilige Schraubenposition definiert ist. Der Roboter 11 fährt die Schraubeinheit 1 an die jeweilige Schraubposition, d. h. in eine Position bei der die Schutzvorrichtung 8 nach hinten gedrückt wird und der Bit 2 mit dem Schrauben-Mitnahmeprofil 3 in die Schraube eingreift. Bei einer derartigen Verschiebung der Schutzvorrichtung 8 in der Verschraubposition wird der Roboter nicht gestoppt. Anschließend wird die Schraube verschraubt. Der Roboter 11 verfährt zur berechneten Schraubposition und wiederholt den Ablauf für alle Schrauben. Es ist durchaus eine Bildaufnahme denkbar mit der sofort alle Schraubenpositionen ermittelt werden können. So wird eine zusätzliche Zeitersparnis beim anschließenden Verschrauben erreicht. Die Schrauben werden jedoch immer in der richtigen Reihenfolge und mit dem korrekten Drehmoment angezogen.

Wenn der Roboter 11 zur Bildaufnahmeposition oder zur Schraubposition fährt und es dabei zu einem Kontakt mit Körperteilen des Mitarbeiters z.B. Finger, Hand, Arm usw. kommt, wird die Schutzvorrichtung 8 entweder durch eine axiale oder resultierende Kraft nach hinten geschoben (Kraft ca. 5 N) und der Roboter 11 wird gestoppt oder bei einer seitlichen Kraft sorgt die große abgerundete Fläche für eine zulässige Flächenpressung und stoppt den Roboter 11 über dessen Kraftüberwachung. Somit ist immer eine prozessgeprüfte Sicherheitsabfrage gewährleistet. In der Fig. 3 steht die Schraubeinheit 1 gerade in einer berechneten Schraubposition, wodurch die Schutzvorrichtung 8 nach oben geschoben wird und den Bit 2 der Schraubeinheit 1 freigibt. Die Schraube des Alu-Deckels 9 wird mit dem korrekten Drehmoment verschraubt.

Die Fign. 4 bis 8 zeigen eine erfindungsgemäße Schraubeinheit 1 beim Verschrauben eines Alu-Deckels 9, wie in Fig. 3 erläutert, in einer geschnittenen Seitenansicht, in einer Seitenansicht, einer Draufsicht, einer Seitenansicht und in einer weiteren perspektivischen Schnittdarstellung.

Eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit Schutzvorrichtung 8 wird in Fig. 9 dargestellt. Die an der Schutzhülsenhalterung 4 mittels Schrauben 6 angeordnete Schutzvorrichtung 8 befindet sich mittels des Mechanismus 5, einer Schraubenfeder, in einer den Bit 2 der Schraubeinheit 1 verdeckenden Position. Eine solche Position nimmt die Schutzvorrichtung 8 ein, sobald die Schraubeinheit 1 von einer Schraubposition zu einer anderen Schraubposition am Roboterarm fährt oder manuell durch einen Menschen (Mitarbeiter, Bediener) geführt wird.

Fig. 10 und Fig. 11 zeigen Ansichten der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit ausgefahrener Schutzvorrichtung 8, wie in Fig. 9 beschrieben, im Schnitt.

Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit ausgefahrener Schutzvorrichtung 8, wie in Fig. 9 beschrieben.

Im Gegensatz zu der in Fig. 10 gezeigten Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit ausgefahrener Schutzvorrichtung 8, ist in Fig. 13 und Fig. 14 die erfindungsgemäße Schraubeinheit 1 jeweils mit eingefahrener Schutzvorrichtung 8 im Schnitt dargestellt. Der Mechanismus 5, hier eine Schraubenfeder, steht unter Belastung, wodurch der Bit 2 der Schraubeinheit 1 freigegeben ist und die Schraubeinheit 1 Schrauben in die dafür vorgesehenen Bohrungen einschrauben kann. Durch eine eingefahrene Schutzvorrichtung 8 wird der Roboter gestoppt, außer dieser befindet sich in einer hier nicht dargestellten Schraubposition. Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit eingefahrener Schutzvorrichtung 8.

Die Fig. 16 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 ohne dargestellte Schutzhülse in perspektivischer 3-D-Darstellung gemäß Fig. 1.

Fig. 17 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit ausgefahrener Schutzvorrichtung 8 in perspektivischer 3-D-Darstellung gemäß Fig. 2.

Fig. 18 zeigt eine Ansicht der Unterseite einer erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1.

Fig. 19 zeigt eine Ansicht der Oberseite einer erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1.

Eine erfindungsgemäße Schraubeinheit 1 mit eingefahrener Schutzvorrichtung 8 in perspektivischer 3-D-Darstellung beim Verschrauben eines Alu-Deckels 9 an einer ersten Schraubposition 13 wird in Fig. 20 gezeigt. Die Schraubeinheit 1 ist mit einer Antriebseinheit 10 verbunden und an einem Roboter 11 angeordnet. Der Roboter 11 weist zusätzlich zur besseren Lokalisierung der Schraubposition 13 eine Kamera 12 auf, wodurch kleine Abweichungen, z. B. bei einem System ohne Kamera, ausgeglichen werden können.

In Fig. 21 wird eine erfindungsgemäße Schraubeinheit 1 mit eingefahrener Schutzvorrichtung 8 in perspektivischer 3-D-Schnittdarstellung beim Verschrauben eines Alu- Deckels 9 an einer Schraubposition 13 dargestellt. Die Schraubeinheit 1 ist mit einer Antriebseinheit 10 verbunden und an einem Roboter 11 angeordnet. Der Roboter 11 weist zusätzlich zur besseren Lokalisierung der Schraubposition 13 eine Kamera 12 auf, wodurch kleine Abweichungen, z. B. bei einem System ohne Kamera, ausgeglichen werden können.

Fig. 22 zeigt verschiedene Schraubpositionen 13 an einem Werkteil, z. B. einem Alu- Deckel 9, in einer Draufsicht. Bei der Verschraubung der einzelnen Schrauben wird das unter Fig. 3 erläuterte Verfahren genutzt, wobei zur Zeitersparnis auch alle Schraubpositionen 13 auf einmal ermittelt werden können. Somit fällt die erneute Aufnahme der Positionsdaten zwischen den einzelnen Schraubvorgängen weg. In den Fign. 23 und 24 wird eine gesamte Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit Roboter 11 beim Verschrauben in perspektivischer 3-D-Darstellung bzw. in einer Draufsicht dargestellt.

Fig. 25 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 in perspektivischer 3- D-Darstellung mit Antriebseinheit 10 und Kamera 12. Darüber hinaus ist in dieser Ansicht auch eine Verbindungseinheit 14 dargestellt, um die vorgenannte Einheit an einen Roboter 1 anzuordnen.

Fig. 26 stellt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Schraubeinheit 1 mit Antriebseinheit 10 und Kamera 12 von unten dar.

Die weitere Erfindung geht aus von einem Greifer mit einem Linearschlitten als Hilfsmittel, um mit einem Verfahren ein präzises Teil mit einem ungenauen Roboter über eine Greif- bzw. Hilfsvorrichtung exakt in eine Bohrung oder Vertiefung einzusetzen. Zusätzlich wurde das System so entwickelt, dass es sich für den kollaborierenden Betrieb mit einem entsprechenden Roboter eignet. Das Ganze ist zusätzlich noch so ausgeführt, dass ein kollaborierender Betrieb mit dem Menschen ermöglicht wird. Für einen solchen kollaborierenden Betrieb zwischen Mensch und Maschine sind bevorzugt die Normen EN-ISO 10218-1 , EN-ISO 10218-2 sowie die technische Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS 15066 beachtlich und werden erfindungsgemäß eingehalten.

Fig. 27 zeigt eine Draufsicht von in einem Werkteil 15 eingesetzten Aktuatoren 16 mit dessen Verschraubungsbohrungen 17.

Eine Ansicht der in einem Tray 18 bereitgestellten Aktuatoren 16 ist in Fig. 28 dargestellt.

In Fig. 29 wird ein erfindungsgemäßer Greifer 19 in einer Position gezeigt, um einen nicht dargestellten Aktuator 16 aus einem ebenfalls nicht gezeigten Tray 18 abzuholen. Der Greifer 19 ist geöffnet und die Greifer-Lineareinheit 20 mit Sauger 21 ist ausgefahren. Die beiden Kalibrierspitzen 22 sind um den Sauger 21 angeordnet. Einen erfindungsgemäßen Greifer 19 beim Abholen eines bereitgestellten Aktua- tors 16 aus dem Tray 18 zeigt Fig. 30. Der Roboter lokalisiert die Abholposition des Aktuators 16 und wird mittels der beiden Kalibrierspitzen 22, welche in die nicht gezeigten Verschraubungsbohrungen 17 des Aktuators 16 eingreifen, ausgerichtet.

Fig. 31 zeigt einen erfindungsgemäßen Greifer 19 in vergrößerter Darstellung, wobei am Greifer 19 angeordnete Federn 23 dargestellt sind, die zum Schutz vor Verletzungen des Menschen dienen, falls beim Schließen des Greifers bspw. Finger, eine Hand oder ähnliches des Mitarbeiters zwischen schließendem Greifer 19 und dem zu greifenden Gegenstand bzw. Bauteil, hier einem Aktuator 16, ist. Somit kann der Greifer trotz Schließfunktion nach außen öffnen und verletzt den Mitarbeiter nicht.

In Fig. 32 wird ein erfindungsgemäßer Greifer 19 in einer für den kollaborierenden Betrieb sicheren Position gezeigt um einen Aktuator 16 zu transportieren. Der Greifer 19 ist geschlossen und die Greifer-Lineareinheit 20 mit Sauger 21 ist eingefahren. Der Sauger 21 hat den Aktuator 16 aufgenommen. Durch einen Drucksensor (Vakuumabfrage) wird sichergestellt, dass der Greifer 19 den Aktuator 16 mittels des Saugers 21 aufgenommen hat. Die beiden Kalibrierspitzen 22 greifen in die Verschraubungsbohrungen 17 des Aktuators 6.

Fig. 33 stellt eine erste Seitenansicht und Fig. 34 eine zweite Seitenansicht des erfindungsgemäßen Greifers 19 beim Andrücken der Greiferbacken 24 über der Aktua- torbohrung 25 an das Werkteil 15 dar. Hierbei werden die Greiferbacken 24 vom Roboter 26 an das Werkteil mit ca. 25 N angedrückt. Über eine Ausgleichseinheit zwischen Roboter 26 und Greifer 19 (z. B. ein Elastomer) richtet sich dieser durch die Kraft an der unteren Planfläche des Greifers 19 exakt senkrecht gegenüber der Einbauposition am Werkteil 15 aus.

In Fig. 35 wird ein erfindungsgemäßer Greifer 19 beim Abholen bzw. Andocken der Schrauber-Einheit 27 gezeigt. Die Schrauber-Einheit 27 weist zumindest eine Schraubeinheit 28 auf, welche die Aktuatoren 16 mit dem Werkteil 15 verschraubt. Fig. 36 zeigt eine Detailansicht der verbundenen Schrauber-Einheit 27 mit dem erfindungsgemäßen Aktuatorgreifer 19. Hierzu schließt sich der Schrauber-Greifer, welcher bspw. am Schrauber selbst befestigt ist, umso das Gewicht der am Roboter befestigten Werkzeugeinheit nicht weiter zu erhöhen, und hält sich somit am Roboter 26 fest.

In Fig. 37 wird eine Aufsicht auf den Arbeitsplatz mit einem erfindungsgemäßen Greifer 19 in Beölposition gezeigt. Zuerst läuft das Werkteil 15 auf einer Produktionsstraße 29 oder ähnlichem, z. B. einer Fördereinrichtung, ein und wird am Bearbeitungsplatz 30 indexiert ausgehoben. Der Roboter 26 mit dem erfindungsgemäßen Greifer 19, hier bspw. für Aktuatoren 16, steht in einer Beölposition. Der Roboter 26 fährt zum Abholen eines Gegenstands, hier einem Aktuator 16, aus dem bereitgestellten Tray 18. Über dem Tray 18 wird der Greifer 19 geöffnet und die Greifer-Lineareinheit 20 mit Sauger 21 fährt aus. Der Linearschlitten wird drucklos geschalten und ist somit einschiebbar, wodurch in einem kollaborierenden Betrieb kein Verletzungsrisiko für den Menschen besteht. Der Roboter 26 lokalisiert die Abholposition des Aktua- tors 16 und wird mittels der beiden Kalibrierspitzen 22, welche in die Verschraubungs- bohrungen 17 des Aktuators 16 eingreifen, ausgerichtet. Diese sind hierbei kraftlos geschaltet. Sobald der Greifer 19 über dem Aktuator 16 ausgerichtet ist wird der Aktuator 16 vom Sauger 21 angesaugt und durch selbigen gehalten. Beispielsweise durch einen Drucksensor (Vakuumabfrage) wird sichergestellt, dass der Greifer 19 den Aktuator 16 mittels des Saugers 21 aufgenommen hat. Die Greifer-Lineareinheit 20 mit Aktuator 16 fährt ein und der Greifer 19 wird geschlossen. Danach fährt der Roboter 26 zur Beölposition mit Schmiersystem, hier ein Minimalschmiersystem, und der Aktuator 16 wird beölt.

Der Roboter 26 fährt zu einer ersten Haubenposition (Setzposition des Aktuators 16) um den Aktuator 16 exakt in die Einbauposition am Werkteil 15 einzusetzen.

Eine Aufsicht auf den Arbeitsplatz mit einem erfindungsgemäßen Greifer 19 in Aktua- tor-Setzposition wird in Fig. 38 dargestellt. Hierbei werden die Greiferbacken 24 vom Roboter 26 an das Werkteil 15, hier die Motorenhaube, mit ca. 25 N angedrückt. Über eine Ausgleichseinheit zwischen Roboter 26 und Greifer 19 (z. B. ein Elastomer) richtet sich dieser durch die Kraft an der unteren Planfläche des Greifers 19 exakt senkrecht gegenüber der Einbauposition am Werkteil 15 aus. Die Greifer-Lineareinheit 20 fährt mit dem Aktuator 16 bis zum Aufliegen des Aktuators 16 auf den oberen Planflächen des Greifers 19 aus und wird somit in die Aktuatorbohrung 25 exakt eingeführt. Anschließend wird die Greifer-Lineareinheit 20 drucklos geschaltet und Roboter 26 fährt gleichzeitig ca. 0,2 mm nach oben. Nun öffnet sich der Greifer 19 und die Greifer- Lineareinheit 20 drückt mit den Kalibrierspitzen 22 den Aktuator 16 bis zur seiner Endstellung auf Anschlag in das Werkteil 15 ein. Somit wird der Sauger 21 beim Eindrücken des Aktuators 16 oder eines anderen Bauteils entlastet. Der Vorgang wiederholt sich bis alle Aktuatoren 16 oder andere Bauteile am Werkteil 15 eingesetzt sind.

Im Anschluss fährt der Roboter 26 zum Abholen der Schrauber-Einheit 27 mit den beiden automatischen Schraubeinheiten 28.

In Fig. 39 wird eine Aufsicht auf den Arbeitsplatz mit einem erfindungsgemäßen Greifer 19 im Verbund mit der Schraubeinheit 28 in Verschraubposition gezeigt. Der Roboter 26 fährt mit den Schraubeinheiten 28 zum ersten der Aktuatoren 16 und verschraubt diesen. Im Anschluss werden alle Aktuatoren 16 am Werkzeugteil 15 nacheinander verschraubt. Nach dem Verschrauben bringt der Roboter 26 die im Regelfall zwei Schraubeinheiten 28 wieder in Ihre Parkposition und der Schrauber-Greifer öffnet sich. Das Werkteil 15 senkt sich in dieser Zeit ab und läuft aus. Der Roboter 26 fährt zurück in die Parkposition. Nun beginnt der Vorgang erneut.

Es müssen nicht wie beschrieben erst alle Bauteile (Aktuatoren 16) gesetzt werden, damit diese verschraubt werden können. Es ist durchaus auch nach jedem Einzelnen setzen eines Aktuators 16 ein Verschrauben möglich. Das beschriebene Verfahren weist jedoch eine deutliche Zeitersparnis auf.

Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszahlenliste

1 Schraubeinheit

2 Bit

3 Schrauben-Mitnahmeprofil

4 Schutzhülsenhalterung

5 Mechanismus

6 Schraube

7 Verbindungeinheit

8 Schutzvorrichtung (z.B. Schutzhülse)

9 Alu-Deckel

10 Antriebseinheit

11 Roboter

12 Kamera

13 Schraubposition

14 Verbindungseinheit

15 Werkteil

16 Aktuatoren

17 Verschraubungsbohrungen

18 Tray

19 Greifer

20 Greifer-Linear-Einheit

21 Sauger

22 Kalibrierspitze

23 Feder

24 Greiferbacken

25 Aktuatorbohrung

26 Roboter

27 Schrauber-Einheit

28 Schraubeinheit

29 Produktionsstraße

30 Bearbeitungsplatz

Claims

Patentansprüche

1. Schraubeinheit (1 ) mit einem Bit (2), der ein Schrauben-Mitnahmeprofil (3) aufweist, zum automatisierten Verschrauben von mindestens zwei Werkstücken mit einer durch die Schraubeinheit (1 ) aufgenommenen Schraube, wobei die Schraubeinheit (1 ) mittels einer Antriebseinheit (10) angetrieben wird und an einem Roboter (11 ) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schraubeinheit (1) eine den Bit (2) zumindest teilweise umhüllende Schutzvorrichtung (8) aufweist.

2. Schraubeinheit (1 ), nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schutzvorrichtung (8) eine überfederte Schutzvorrichtung (8) ist.

3. Schraubeinheit (1 ), nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schutzvorrichtung (8) verschieblich an der Schraubeinheit (1 ) angeordnet ist.

4. Schraubeinheit (1 ), nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schutzvorrichtung (8) eine Schutzhülse, ein Schutzkäfig odgl. ist.

5. Schraubeinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schraubeinheit (1 ) eine Kamera (12) und/oder eine Sensorik aufweist.

6. Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer Schraubeinheit (1 ), wobei die Schraubeinheit (1 ) einen durch eine Antriebseinheit (10) antreibbaren Bit (2) mit einem Schrauben-Mitnahmeprofil (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

dass die Schraubeinheit (1 ) eine den Bit (2) zumindest teilweise umhüllende Schutzvorrichtung (8) aufweist, durch die der Bit (2) während der Durchführung des Verfahrens aufgrund der in einer Schutzposition befindlichen Schutzvorrichtung (8) zumindest zeitweise geschützt ist.

7. Verfahren, nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schutzvorrichtung (8) an der Schraubeinheit (1 ) beweglich angeordnet ist, so dass je nach Position der Schutzvorrichtung (8) der Bit (2) mehr oder weniger geschützt ist.

8. Verfahren, nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schutzvorrichtung (8) durch eine axiale oder resultierende Kraft verschoben wird.

9. Verfahren, nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass sich die Schutzvorrichtung (8) zumindest während der Zeit, in der sich die Schraubeinheit (1 ) im Raum bewegt und/oder in der der Bit (2) nicht durch die Antriebseinheit (10) angetrieben ist, in ihrer Schutzposition befindet.

10. Verfahren, nach einem der Ansprüche 6 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass wird bei einer ungewollten Verschiebung der Schutzvorrichtung (8) eine Bewegung der Schraubeinheit (1 ) und/oder ein durch die Antriebseinheit (10) angetriebener Bit (2) gestoppt. 1. Verfahren, nach einem der Ansprüche 6 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schraubeinheit (1) an einem Roboter

(11) angeordnet ist,

12. Verfahren, nach Anspruch 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass bei einer Überschreitung eines Maximalwertes durch eine auf die Schraubeinheit (1) einwirkende Kraft eine Kraftüberwachung den Roboter (11) stoppt.

13. Verfahren, nach einem der Ansprüche 6 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass für das Verfahren als Schraubeinheit (1 ) eine Schraubeinheit (1 ), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eingesetzt wird.

14. Verfahren zum automatisierten Ein- und/oder Ausschrauben einer Schraube in mindestens ein Werkstück bzw. aus mindestens einem Werkstück mittels einer an einem Roboter (11 ) angeordneten Schraubeinheit (1 ), wobei die Schraubeinheit (1 ) einen durch eine Antriebseinheit (10) antreibbaren Bit (2) mit einem Schrauben-Mitnahmeprofil (3) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass an dem Roboter (11 ) und/oder der Schraubeinheit (1 ) eine Kamera (12) angeordnet ist,

ein Werkteil indexiert ausgehoben wird,

dass der Roboter (11 ) mit daran angeordneter Schraubeinheit (1 ) und Kamera (12) auf die Bildaufnahmeposition fährt,

dass eine Bildaufnahme durch die Kamera (12) erfolgt, wodurch die aktuellen

Positionsdaten (Korrekturdaten) der Schraubeinheit (1 ), ermittelt werden, dass die aktuellen Positionsdaten mit der aktuellen Roboterposition verrechnet werden, wodurch die jeweilige Schraubenposition (13) definiert ist,

dass der Roboter (11 ) die Schraubeinheit (1 ) in eine erste Schraubposition (13) fährt,

dass die Schraubeinheit (1 ) die Schraube verschraubt bzw. löst und

dass der Vorgang so oft wiederholt wird bis alle zu verschraubenden bzw. zu lösenden Schrauben verschraubt bzw. gelöst sind.

15. Verfahren, nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass die aktuellen Positionsdaten mit der aktuellen Roboterposition verrechnet werden, wodurch alle Schraubenpositionen (13) definiert sind und zwischenzeitlich keine neue Positionsermittlung der Schraubeinheit (1 ) erfolgt.

16. Verfahren, nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

dass für das Verfahren als Schraubeinheit (1 ) eine Schraubeinheit (1 ), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, verwendet wird und oder bei dem Verfahren ein Verfahren, nach einem der Ansprüche 6 bis 13, eingesetzt wird.