DE8903703U1

DE8903703U1 - Vorrichtung zum Greifen und/oder Handhaben von platinenförmigen Werkstücken beliebiger Form

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Publication number: DE8903703U1
Application number: DE8903703U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1990-07-26
Anticipated expiration: 1999-03-24
Also published as: JPH04503796A; EP0464069A1; WO1990011244A1

Description

{ ) 1 Siemens Aktiengesellschaft

Vorrichtung zum Greifen und/oder Handhaben von plattenförmigen Werkstücken beliebiger Form

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Greifen und/oder Handhaben von plattenförmigen Werkstücken beliebiger Form, insbesondere von Blechteilen mit Durchbrüchen, wobei die Vorrichtung nach dem Vakuum-Saugprinzxp mit mehreren an eine Seugleitung anschließbaren Sauggreifelemente arbeitet.

Blechwerkstücke, *?is sie für den Gerätebau benötigt werden, V ) 15 kennen komplizierte Formen mix unregelmäßigen Außenkonturen, diversen Ausnehmungen und sehr unterschiedlichen Größen aufweisen sowie auch aus unterschiedlichsten Werkstoffen bestehen. Daher ist es schwierig, tine universell funktionierende Greif-Technologie zu schaffen. Im Rahmen einer flexiblen Blechteilfertigung muß eine Greif-Technologie in ein universelles Ertsorgungssystem eingebracht werden können. In der Praxis ergeben sich jedoch jeweils zahlreiche Einschränkungen, die der Forderung, alle Eventualfälle in einer flexiblen Fertigung abzudecken, zuwiderlaufen. Dadurch ist eine Vollautomatisierung ohne bestimmte Zugriffsvoraussetzungen beim Stand der Technik bisher unmöglich.

Vom Stand der Technik sind bisher unterschiedliche Lösungsansätze für obige Problematik bekannt. Beispielsweise wird bereits in der EP-B-O 135 095 eine Greifvorrichtung mit einzeln über eine Saugleitung aktivierbaren Sauggreifelementen beschrieben, mit der insbesondere die automatische Beschickung und Entsorgung einer Stanz-Nibbel-Maschine unter Anwendung eines Industrieroboters möglich ist. Daneben wurde mit der DE-A-37 23 743 kürzlich ein Verfahren zur Entsorgung von

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) 1 Blech-Trennmaschinen mit zugehöriger Anlage vorgeschlagen, mit denen eine "lexible Blechentsorgung erfolgen kann und bei dem ein Handling der Blechteile ohne Greifen möglich ist.
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Bei letzterem Verfahren, wird das Problem des Greifens bzw. der Handhabung der Werkstücke umgangen. Es muß jedoch hier jeweils die Form bzw. Außenkontur des Blechteiles im Rahmen der Fertigung bekannt sein. Für viele Anwendungszwecke sollen dagegen beliebig aufeinanderfolgende Teile, die unterschiedliche Außenkonturen und eine Vielzahl unterschiedlicher Durchbrüche aufweisen, einzeln gegriffen werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn bestehende Entsorgungsanlagen

/ für Blechteile komplettiert werden sollen. 15

Für eine solche Anwendung bietet sich das bekannte Vakuum-Ansaugprinzip an: Beispielsweise ist in der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb" 117 (1984) IC, S. 641-646 ein flexibles Fertigungssystem mit einem aus einer Vielzahl von Sauggreiferelementen gebildeten Greifer beschrieben, der dort als universell brauchbar dargestellt wird. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß ein derartiger Greifer auch mit beispielsweise 60 eirzeln ansteuerbaren Sauggreifelementen nur einen stark eingeschränkten Teil des Fertigungsspektrums eines gerätebauenden Betriebes entsorgen kann. Problemteile lassen sich mit dem be-

) kannten Sauggreifer nicht greifen und handhaben,

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber*, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch Problemteile gegriffen werden können. 30

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von vergleichsweise klein ausgebildeten Sauggreife.lementen im engen Raster angeordnet sind, wobei die einzelnen Sauggreif elemente mit Strömungsventilen derartig ausgebildet sind, daß im geschlossenen Zustand eine definierte Luftmenge hindurch strömen kann. Vorzugsweise wird von den Sauggreifelementen ein

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flächennutzendes Raster von einzelnen Sechseckzellen gebildet, deren Schlüsselweite kleiner als 20 mm ist. Dabei ergibt sich insbesondere bei flächendichter Anordnung der Sauggreifelemente zu einer Parzelle eine Besetzungszahl von 61 bei einer Schlüsseiweite von 144 mm der Parzelle, wobei ein einzelnes Sauggreifelement einen Durchmesser d = 16 mm hat.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein quasi "Blind"-Greifen auch von Problemteilen möglich ist. Dies läßt sich durch die Miniaturisierung und die Vielzahl der Sauggreifelemente einerseits und durch die selbststeuernde Ausbildung des Greifers andererseits erklären bzw. mathematischstatistisch belegen. Zum "Blind"-Greifen gehört auch die Eigenschaft, daß zunächst "ins Leere" gegriffen werden darf, ohne daß die Fun«tionsfähigkeit des Greifers entweder durch Vakuum-Zusammenbruch oder durch Totalverschluß der Sa^ggreifeelemente verlorengeht.

Für obigen Zweck sind die Strömungsventile in die einzelnen Sauggreifelemente eingebaut bzw. integriert. Es hat sich als besonders einfach erwiesen, daß zur Realisierung eines Strömungsventils ein bereits vorhandenes Befestigungs-Fitting des eigentlichen Saugnapfes herangezogen wird, wobei dessen Mundstück als Ventilsitz verwendet w'rd. Hierbei ist es wichtig, daß der Ventilsitz - beispielsweise aus hartelastischem Kunststoff - eine zweckentsprechende Oberflächenstruktur und/oder Rauhigkeit aufweist bzw. erhält, so daß er mit dem zugehörigen Dichtelercer .. nicht vollständig abdichtet. Es ist auch möglich, durch Metall-Ventilsitze diese Dichtigkeit zu erzielen. 30

Die Erfindung nutzt also in einfachster Weise aus, daß statt der früher verwendeten Ventilsitze aus Elastomer solche aus stabilem Kunststoff mit definierter, gewollter Fehlpassung verwendet werden.
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Es wurde zwar bereits kürzlich in der Fachwelt vorgeschlagen (Technische Information Fa. Schmalz GmbH - Förder- und Handhabungstechnik), für Sauggreifer Strömungsventile mit veränderbarer Durchström-Fließkraft auf die Kugel vorzusehen, so daß auch unter Voraussetzung poröser Oberfläche das Ventil offen bleibt. Schließt das Ventil bei zu großer Porosität der Oberfläche des zu greifenden Werkstückes, ist es für diese poröse Oberfläche unwirksam. Weiterhin wird in der technischen Information vorgeschlagen, ein einzelnes Strömungsventil für mehrere Sauggreifelemente gemeinsam anzuwenden, so daß sich eine sogenannte Nesterbildung ergibt. Allerdings ergeben sich dadurch Änderungen nur in der Freiheit zum konstruktiven Gestalten der Greifanordnung, weil die Tragkraft von einem großen Sauggreifelement im gleichen Maße besteht wie von mehreren kleineren, zu einem Nest zusammengeschalteten Sauggreifelementen. Die Tragkraft geht in beiden Fällen verlorer;, wenn das einzige Ventil schließt. Die erfindungsgemäße Lehre, die Leckluft am geschlossenen Ventilsitz so groß zu machen, daß "ins Leere" greifende Sauggreifelemente das Vakuum nicht wesentlich beeinflüssen und dabei dennoch aktivierungsbereit bleiben, ist dort jedoch nicht angesprochen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen

FIG 1 den Grundriß einer als sogenanntes- Problemteil bezeichneten Platine mit einer komplizierten Außenkontur und einer Vielzahl von Durchbrüchen und Einschnitten, FIG 2 die Aufteilung der Tragflächen von einem Sauggreifelement mit 50 mm Durchmesser in ein Raster von Sechseckzellen, FIG 3 die Aufteilung einer 144 mm-Parzelle in 61 Stück 16 mm-Kleinzeilen,

FIG 4 ein hier verwendetes Sauggreifelement mit Ventil im Querschnitt und

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) 1 FIG 5 schematisch die mit Sauggreifelement gemäß FlG 4 komplettierte Gesamtanordnung.

In FlG 1 ist eine Platine 1 gezeigt, die als Problemteil gilt. Die Platine 1 hat eine unregelmäßige Kontur 2, diverse Einschnitte 3 und/oder Durchbrüche 4. Derartige Platinen sind mit herkömmlichen Sauggreifereinrichtungen schwierig zu handhaben .

In FIG 2 ist gezeigt, daß bei der Erfindung durch eine Vielzahl von Sauggreifelementen die Wahrscheinlichkeit, daß die Tragkraft eines Greifers erhalten bleibt, verbessert werden kann. 11 gibt die Kontur eines Sauggreifelementes mit 50 mm Durchmesser an. Wenn ein derartiges Sauggreifelement auf eine Platine 1 gemäß FIG 1 mit unregelmäßigen Einschnitten 3 und/ oder Durchbrüchen 4 aufgesetzt wird, ist die Wahrscheinlichkeit groQ, daß ein Einschnitt und/oder Durchbruch getroffen w.ird und somit die Tragkraft dieses Sauggreifeelementes 11 verlorengeht.

Demgegenüber sind in die Kontur des einen Sauggreifelementes 11 sieben Sauggreifelemente 12 bis 18 mit einem Durchmesser von 17 mm bzw. 16 mm eingebracht. Es wird deutlich, daß hier im wesentlichen der gleiche Platzbedarf vorhanden ist, sofern elementare, an ein einzelnes Sauggreifelement 12 bis 18 angepaßte Sechseckzellen 10 mit einer Schlüsselweite 16 mm zu einer Zelle 19 mit Schlüsselweite von 48 mm zusammengesetzt sind. Es kann also ein flächennutzendes Rastermaß gebildet werden.

In FIG 3 ist ein 50 mm-Sauggreifelement in einer Parzelle mit 144 mm Schlüsselweite, wie es bei herkömmlichen Greiferanordnung^ im Mittel üblich ist, dargestellt. Gleichermaßen sind Greifelemente in flächendichter Anordnung in der Parzelle angeordnet.

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) 1 Untersuchungen über die Wahrscheinlichkeit der Wirksamkeit von sogenannten Polypgreifer-Besatzflächen haben ergeben, daß die bisher verwendeten Sauggreifelemente für ein "Blind·Greifen" tatsächlich um eine bis zwei Größenordnungen zu groß gewählt sind. Statt des Sauggreifelementes 11 mit einem Durchmesser von 50 mm und ca. 20 cm* Aktivfläche in der Parzelle mit 144 mm Schlüsselweite sind vielmehr 61 Sauggreifelemente 12 bis 18 mit 16 mn Durchmesser und je ca. 2 cm* Aktivfläche sinnvoll, obwohl eine spezifisch geringere Besatzdichte in Kauf nenommen ist. Aus der FiG 2 wird deutlich, daß bei Vorliegen eines 1 mm² großen Loches in einer Platine bei den sieben Sauggreifelementen 12 bis 18, von denen einer ausfällt, noch eine Aktivfläche von 6x2 cm² = 12 cm² vorhanden ist. Dagegen ist die Aktiv-

' fläche des Sauggreifelentes 11 in diesem Fall gleich Null. Noch stärker wirkt sich dieser Effekt bei der FIG 3 aus, wenn die 61 Sauggreifelemente mit 16 mm Durchmesser zur Veranschaulichung mit einem auf 144 mm Durchmesser vergrößerten Saugnapf verglichen werden. Selbst bei Vorliegen einer Vielzahl von 1 mm² großen Löchern wäre die Tragfähigkeit noch gesichert. 20

In FIG 4 besteht ein Sauggreifelement 30 aus dem eigentlichen Saugnapf 31, der mit seinem rückseitigen Teil 33 über ein als Überwurfmutter ausgebildetes Verbindungselement 38 mit einem Fitting-Teil 34 verbunden ist. Die Teile 33 und 34 bilden ein Strömungsventil 35. Das Strömungsventil 35 besteht in an -.,ich bekannter Weise aus Ventilsitz 36 und einem gegen den Ventilsitz 36 drückenden Abdichtelement, beispielsweise einer Kugel 37. Beim Stand der Technik ist üblicherweise der Ventilsitz 36 mit einer elastomeren Dichtung versehen. Bei FiG 3 hat der Ventilsitz 36 gegenüber der Kugel 37 eine Fehlpassung, die beispielsweise durch eine Oberflächenstruktur und/oder -rauhigkeit realisiert wird. Dadurch wird erreicht, daß auch bei geschlossenem Ventil 35 der Ventilsitz nicht vollständig abdichtbar ist, sondern vielmehr eine definierte Luftmenge hindurchströmt. Ein Gitter 32 trennt den Saugnapf 31 vom Strömungsventil 35.

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In FIG 5 wird eine Greifvorrichtung 40 im wesentlichen durch zwei Platten 41 und 42 mit dazwischenliegenden Abdichtelementen 43 und 44 gebildet, wobei an der oberen Platte 41 ein Befestigungsflansch 45 zwecks Ankopplung an ein Handhabungsgerät oder einen Roboter angebracht ist. An der oberen Platte 42 ist ein Vakuumanschluß 46 vorhanden, über den der Raum zwischen den Platten 41 und 42 mit Vakuum beaufschlagbar ist. An der Unterseite sind im Sechseckraster Ausnehmungen 47, 48, etc vorhanden, in die Sauggreifer 30, 30' etc. einsetzbar sind. 10

Bei dem Sauggreifelement 30 nach FIG 4 bzw. bei der Greifvorrichtung 40 nach FIG 5 sind die Saugnäpfe 31 und das den Ven- f. tilsitz 36 tragende Fittinp-Hauptteil 34 in einfacher Weise V austauschbar, so daß sich verschlissene Teile leicht auswechseln lassen. Dies ist für die Praxis vorteilhaft, da ansonsten die gesamte Anordnung ausgetauscht werden müßte.

Mit einer flächenhaften Greifvorrichtung mit beispielsweise 16x13 = 208 einzelnen Sauggreifelementen30 im Abstand mit Schlüsselweite 16 mm ist gegenüber dem Stand der Technik ein erheblicher Fortschritt gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß nunmehr beliebige Werkstücke bis zu einer Größe von ca. der vierfachen Greifergröße quasi "blind" gegriffen werden können. Bei kleineren Werkstücken als die Greifergröße muß beachtet werden, daß diese nur handhabbar sind, wenn sie (' aus der Grundfläche herausragen, d.h. ausgehoben sind oder auf einem Werkstückstapel ohne störende Nachbarschaft liegen.

Für Werkstücke, die vom Koordinatentisch einer Trennmaschine zu entsorgen sind, hat dieses die Konsequenz, daß ein hierfür eingesetzter, herkömmlich großer Greifer nicht über die Gesamtfläche aktiv sein darf. Zwar sind im Kernbereich der Werkstücke die Aktivflächen des Greifers erwünscht; im Außenkonturbereich darf jedoch nicht über die Grenze des zu entsorgenden Werk-Stücks gegriffen werden, wenn dort z.B. Restgitterflächen liegen.

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C ! 1 Mit der neuen Vorrichtung ist es nunmehr möglich," anstelle der einzeln schaltbaren, großen Sauggreifelemente bei den herkömmlichen Greifern entsprechend große Parzellen mit der Polypgreiferflache einzusetzen, wobei bei kleineren Werkstücken bestimmte Bereiche gezielt abgeschaltet werden können. Die herkömmliche Flächenaufteilung des großen Greifers bezüglich Besatzdichte der einzelnen schaltbaren Sauggreifelemente kann mit einer feineren Strukturierung an der sog. Freischnittecke beibehalten werden. Die einzelnen Parzellen können dabei im ge-IG wählten Qrundraster, beispielsweise mit Schiüsselweite 16 nim puzzleartig strukturiert sein, um einen lückenlosen Besats zu erzielen. Wenn Rahmenteile aus einem Rastgitter ausgehoben werden müssen, ist zweckmäßigerweise die Strukturierung über

V die gesamte Greiferfläche feiner zu wählen als wenn in der Freischnittecke frei zugängliche Werkstücke entsorgt werden müssen.

Ergänzend wird noch auf den Sinn der Leckluft bei den "ins Leere" greifenden Sauggreifelementen eingegangen:

Die Anordnung der vielen kleinen Sauggreifelemente zu einem Di.cht-an-Dicht-Besatz weist eine geringere Flächennachgiebigkeit auf als man sie von großen Sauggreifelementen in aufgelockerter Besatzdichte her kennt. Zudem haben die einzelnen Sauggreifelemente Sitz-Toleranzen, so daß nicht alle Sauggreif-/ elemente auf einem vollkommen ebenen Werkstück aufsitzen würden. Weiter liegen in der Praxis durch die Trennbearbeitung mehr oder weniger flächenverworfene Werkstücke vor. Auch die Parallelität beim Aufsetzen ist nicht leicht zu gewährleisten.

Es hat sich auch gezeigt, daß der erforderliche Druck für ein sattes Aufsitzen bei großer Greiferfläche unbeherrschbar werden kann. Aus alien diesen Gründen ist es wahrscheinlich, daß beim Aufsetzen des Greifers auf das Werkstück nur ein Teil der Sauggreifelemente voll abdichten, d.h. sofort wirksam wird, wenn das Vakuum eingeschaltet wird. Der übrige Teil der Sauggreifelemente dichtet erst beim selbsttätigen Nachsetzen des Werk-

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Stücks ab und wird - aufgrund der Restaktivität der Leckluft zunächst unvollständig, dann - nach dem Aufbau des Vakuum und Abfallen der Ventilkugel - voll wirksam. Nur die auf Durchbrüchen weiterhin "ins Leere" greifenden Sauggreifelemente sind inaktiv für die Tragkraft. Würden die geschlossenen Ventile voll abdichten, käme es nicht zu dem Nachsetzeffekt, so daß unter ungünstigen Voraussetzungen kein ausreichender Tragflächenanteil zur Verfugung stehen würde.

Durch die neuen Sauggreifelemente mit der im BypsG immer strömenden LuftiP.enge bleibt jedes Element auch dann aktiv, wenr< es beispielsweise auf eine verschmutzte Werkstückoberfläche aufgedrückt ist, so daß er zunächst zum Traganteil nichts beiträgt. In einem speziellen Anwendungsfall der neuen Greifvorrichtung kann der gesamte Polypgreifer mit eingeschaltetem Vakuum in beliebiger Konfiguration an ein Werkstück angedrückt und dieses ergriffen werden. An der Abwerfstelle wird das Werkstück mechanisch abgerissen bzw. abgeschält, ohne daß das Vakuum abgeschaltet werden muß, was in bewegten Systemen manchmal vorteilhaft ist. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall das Werkstück im Gegensatz zum Stand der Technik erfaßt und festgesaugt wird, wobei Jetzt das Vakuum an den geschlossenen Flächen voll wirkt.

Claims

4-&Aacgr; 89 G 3 1 3 2 DE ( j 1 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Greifen und/oder Handhaben von platinenförmigen Werkstücken beliebiger Form, insbesondere von Blechteilen mit Durchbrüchen, welche nach dem Vakuum-Saugprinzip mit mehreren an eine Saugleitung anschließbaren Sauggreifelemente arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von vergleichsweise klein ausgebildeten Sauggreifelementen (12 bis 18, 30) im Raster angeordnet sind, wobei die einzelnen Sauggreifelemente (30) mit Strömungsventilen (35) derartig ausgebildet sind, daß im geschlossenen Zustand eine definierte Luftmenge hindurchströmen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Sauggreifelementen (12 bis 18, ~0) ein flächennutzendes Rastermaß aus einzelnen Sechseckzellen (10) gebildet ist, deren Schlüsselweite < 20 mm ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei flächendichter Anordnung der Sauggreifelemente (12 bis 18, 30) zu einer Parzelle (20) sich eine Besetzungszahl von 61 bei einer Schlüsselweite 144 mm der Parzelle (20) ergibt, wobei ein einzelnes Sauggreifel^ment (11 bis 18, 30) einen Durchmesser d = 16 mm hat. 25

,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsventile (35) in die einzelnen Sauggreifelemente (30) eingebaut sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sauggreifelement (30) zur Realisierung des Strömungsventils (35) als Ventilsitz einen hartelastischen Einsatz (36) mit Oberflächenstruktur und/oder -rauhigkeit aufweist, so daß der Ventilsitz (36) nicht vollständig abdichtbar ist.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsventile (35) der Sauggreifelemente (30) austauschbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauggreifelemente (30) parallel an eine gemeinsame Vakuumleitung (46) angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teilflächen mit einer jeweils zu einer Parzelle (20) zusammfinnfifafitfin Anzahl ynn Saijnnrfiifplpmpnten (12 bis 18) abschaltbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parzelle (20) mit Sauggreifelementen (12 bis 18) anstelle eines einzelnen, entsprechend großen Sauggreifelementes (11) in einem programmierbaren Flächengreifer eingesetzt ist.