NO168812B - Haandteringsanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører nøyaktig og automatisk håndtering av arbeidsstykker i omgivelser med høye temperaturer, særlig en robothåndteringsarm som har en pneumatisk føler for detektering av ovnsbunnen der arbeidsstykket ligger.

Problemet som førte til foreliggende oppfinnelse omfatter bevegelse av arbeidsstykker i forbindelse med en smioperasjon. Vanligvis blir arbeidsstykker varmet til en høy temperatur før smiing, oftest ved å bli plassert i en ovn. Når gjenstanden er varmet til en høy temperatur, må den fjernes raskt fra ovnen og plasseres i smiingsapparatet,

slik at den kan bearbeides på ønsket måte. Det er viktig at gjenstanden blir flyttet raskt og nøyaktig til smiings-stillingen. En har funnet at dette arbeidet er spesielt egnet for en robothåndteringsanordning, ikke minst fordi det kan være et varmt og ubehagelig arbeid.

Selv ora roboter kan programmeres til å utføre slike funksjoner nøyaktig, er det et problem dersom arbeidsstykket ikke er i den stillingen roboten er fortalt av programmet at det er antatt å ha. Videre er det ved relativt små arbeidsstykker viktig at arbeidsstykkene blir holdt nøyaktig, slik at de blir nøyaktig smidd. Da høye temperaturer er involvert kan spesielle problemer oppstå ved håndtering av små smiemner. Disse omfatter endringer i den absolutte stillingen av arbeidsflata i ovnen på grunn av forvrengninger med endringer i temperatur og bruk, og forvrengning av robotarmen på grunn av effektene av varme.

I tillegg er ofte, når smistykkene er laget av titan og andre reaktive metaller, arbeidsstykket dekket med glass eller annet materiale for å beskytte det mot oksidasjon. Derfor kan det, selv om det kan se ut til å være hensiktsmessig å ha en robotarm til å detektere arbeidsstykke-stillingen ved å komme i kontakt med eller føle arbeidsstykket selv, bli vanskelig å gjøre dette i praksis. Forskjellige optiske og elektriske følere som kan være egnet i andre tilfeller er ikke spesielt egnet for de harde betingelsene inne i en ovn, der temperaturene kan være i området 1100 °C eller høyere.

Videre kan glassdekket bli ugunstig påvirket i sin beskyttelsesfunksjon på det stedet der roboten griper arbeidsstykket. Det er dermed viktig at roboten nøyaktig og jevnt griper et arbeidsstykke slik at ethvert degradert område vil bli begrenset til en ikke-essensiell del av arbeidsstykket, typisk en del som vil bli frasortert eller kassert videre ut i framstillingsprosessen.

Det er selvfølgelig utallige variasjoner i robothånd-teringsarmer og tilknyttete følere beskrevet i patentlit-teraturen og i den tekniske litteraturen. For eksempel er det i SU-patentskrift nr. 617 257 vist ei robothåndklemme for bruk til å håndtere varme arbeidsstykker i smiopera-sjoner. Som indikert ovenfor har armen en elektrisk føler som er tilbøyelig til degradering i en ovn og er ikke særlig egnet når arbeidsstykket er dekket med et ikke-ledende glassdekke av uviss tykkelse. US-patentskrift nr. 4 129 220 (Peterson et al.) viser et mateapparat for barrer som er egnet sammen med en metallbearbeidingsmaskin. Som det vil framgå av den videre beskrivelsen, er føleren i den foreliggende oppfinnelsen fluidisk. Petersons patent beskriver et pneumatisk matesystem som omfatter pneumatiske følere og generelt angår pneumatiske følings- og gripeanordninger. Peterson-apparatet er imidlertid ikke egnet for bruk ved høye temperaturer, på grunn av detaljer i dets konstruksjon som omfatter atskillige elastomere tettinger og tette pasninger.

I DE 2 819 622 er vist en gripeanordning der lufttrykk-dyser er anvendt for å regulere prosessen. Disse er imidlertid anbrakt for å indikere tilstanden til gripeanordningen.

Videre er det i CH 605 050 vist en håndteringsanordning der det for avføling av ei overflate er benyttet kontinuerlig luftgjennomstrømning gjennom en avfølingsdel i håndteringsanordningen. Imidlertid omhandler det CH 605 050 et element for avføling av orientering og nærhet av et arbeidsstykke, mens foreliggende oppfinnelse retter seg mot å gripe et arbeidsstykke ved en forutbestent lokasjon.

Det er derfor et behov for en enkel og pålitelig håndteringsanordning som nøyaktig vil gripe arbeidsstykker som er plassert i et varmt miljø på ei flate med upresis innstilling.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å frambringe en håndteringsanordning egnet for bruk i høye temperaturer og andre omgivelser som er ugunstige for virkningen av konvensjonelle nærliggende detektorer, så som elektriske og optiske detektorer. Et videre mål for oppfinnelsen er å frambringe en håndteringsanordning som er i stand til å innstille seg selv i forhold til bunnen i ovnen, der bunnen har grov og ujevn struktur.

I samsvar med oppfinnelsen består et håndteringsapparat av en sammensetning for griping av arbeidsstykket og en føler som virker fluidisk, så som en pneumatisk føler. Føleren er forbundet til en gasstrømningsbane og er utformet for å tillate kontinuerlig gasstrøm gjennom følereren for dermed å avkjøle føleren og andre steder langs gasstrømnings-banen. Luft brukes oftest i en foretrukket utførelsesform. Utstrømning av lufta som kjøler føleren blir fortrinnsvis dirigert mot flata som holder arbeidsstykket.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsne har føleren en tapp (plunger) som strekker seg fra den nedre flata av strukturen som går inn i ovnen. Tappen kommer i kontakt med bunnen av ovnen og blir brakt til å beveges idet håndteringsanordningen nærmer seg overflata. Bevegelsen av tappen beveger et stempel og virker inn på strømningsbanen for gass ved å innsnevre den. Disse endringene i strømning eller trykk i tilførselsledningen, og et signal frambrakt av en egnet tilførselsledningsdetektor brukes til å styre gripeinnretningen. Lufta som kontinuerlig føres ut fra føleren blir dirigert mot enden av tappen der den kommer i kontakt med den flata som holder arbeidsstykket. Luftstrømmen vil ha en tendens til å holde tappen kald og til å blåse bort lette restpartikler som befinner seg på overflata av arbeidsstykket. Typisk passer tappen og stemplet løst inn i føleren og luftstrømmen har også tendens til å holde på restpartiklene og hindre dem i å gå inn i de løst tilpassete områdene og slik forårsake mekanisk hindring av de bevegelige delene. Fortrinnsvis er strømningspassasjene utformet slik at den avkjølende lufta strømmer ved hjelp av passasjer, groper eller hull, gjennom stempelet og langs tappen. Fortrinnsvis blir luftstrømmen langs slike passasjer øket når tappen aktiveres, idet dette er de betingelsene der den oppnår sin maksimale termiske belastning på grunn av nærhet til arbeidsstykket lata.

Oppfinnelsen er fordelaktig ved at den er enkel i drift og dermed godt egnet for drift i høye temperaturer. Fraværet av elastomere tettinger betyr at graden av avkjøling ikke er kritisk for den fortsatte og nøyaktige driften av enheten. Føleren gir nøyaktig informasjon til håndteringsanordningen, uavhengig av variasjoner i strukturen og lokale egenskaper av den flata som holder arbeidsstykket.

I det følgende blir en utførelsesform av oppfinnelsen beskrevet med henvisning til tegningene, der

fig. 1 er et perspektivriss av en håndteringsanordning som har en innstillingsføler på sin ytterste ende og viser hvordan håndteringsanordningen er istand til å gripe et arbeidsstykke plassert inne i en varm ovn,

fig. 2 og 3 viser snittriss langs linja A-A i fig. 1 og viser formen på en innstillingsføler, idet føleren er vist i uaktivert tilstand i fig. 2 og i aktivert tilstand i fig. 3, og

fig. 4 viser et tverrsnitt av en enklere føler som imidlertid ikke er så egnet for måling av grove overflater som føleren vist i de andre figurene.

Oppfinnelsen blir nå beskrevet med hensyn på en håndteringsanordning med spesiell utforming, utformet for å løfte et smiemne fra en ovn. Imidlertid vil det framgå at-oppfinnelsen kan lages i andre utforminger og for bruk i andre anvendelser, når et arbeidsstykke må håndteres i omgivelser med høy temperatur eller som på andre måter er ugunstig. Særlig vil den foreliggende oppfinnelsen være velegnet i spesielle ekstruderingsprosesser.

Fig. 1 viser de viktige elementene i oppfinnelsen. Håndteringsapparatet 20 blir brukt til å plukke opp et emne 22 som skal smies, vist med stiplete linjer, og som er plassert på den indre bunnen 40 i en varm ovn 24, vist delvis gjennomskåret. Håndteringsanordningen 20 bæres av en basisdel 26 som har evne til å beveges langs og om multiple akser, karakteristisk for roboter med multiakse-bevegelse, som er velkjente kommersielt.

Håndteringsanordningen består av en arm 28 som strekker seg i lengderetning fra basisdelen 26. Ved enden av armen er en del 36 som består halvt av gripeinnretningene 36,38 som er tilpasset til å gripe arbeidsstykket. Videre er knyttet til basisdelen og armen en drivmekanisme 30, så som den viste pneumatiske sylinderen, til hvilken det er festet ei stang 32 tilpasset til å bevege seg parallelt med armen 28, som vist med pila 34. Enden 38 av stanga omfatter den andre halvdelen av gripeinnretningen, motstående enden 36 av armen 28. Som det vil framgå, vil når enden 38 blir brakt til å bevege seg mot enden 36, arbeidsstykket 22 bli holdt inne i håndteringsanordningen. I en slik stilling kan armen i håndteringsanordningen heves vertikalt og deretter trekkes tilbake lateralt fra ovnen og beveges til et sted der den ønskete smiingsoperasjonen kan utføres på emnet.

Som beskrevet her er armen 36 vist å være ubevegelig med hensyn på basisdelen, og drivmekanismen beveges mot denne. I andre anvendelser er en noe annerledes form foretrukket, der både drivmekanismen og armen beveger seg mot et midtpunkt mellom dem. Dette utføres ved at begge delene er glidbare og ved at begge påvirkes av roterende tannhjul mot tannstag.

Arbeidsstykket 22 ligger på ovnsbunnen 40 som er laget av ildfast materiale. Overflata har en tendes til å være grov og kan ha forskjellige stykker av partikkelrester på seg. Da det er viktig å gripe arbeidsstykket 22 på et svært nøyaktig kjent sted, er en innstillingsføler 50 plassert i armen, tappdelen 42 rager fram fra den nedre flata av armen 28.

Føleren er av fluid-type og er her drevet av luft som, som vist i fig. 1, strømmer ut fra en tilførselsanordning 44 som gir tilførsel med konstant volum og gjennom ledningen 46 er forbundet med armen 28. Lufta strømmer inne i armen gjennom en passasje 48 inntil den når følerens beliggenhet. I drift endrer føleren 50 trykket (eller strømningen) i ledningene 48,46, og endring detekteres av en detektor 52 hensiktsmessig plassert langs lufttilførselsledningen 46. Detektoren 52 frambringer et signal til styreren 54, som ved å behandle signalet og andre slike signaler og kommandoer som frambringes, hensiktsmessig aktiverer stempelet 30 og dermed gripeinnretningene 36,38.

Fig. 2 og 3 viser mer i detalj hvordan føleren er laget. I den foretrukne utførelsesformen er føleren integrert inn i armens konstruksjon, men det er klart at en separat del kan benyttes like godt. Tilførselspassasjen 48 går inn i et kammer 56 der det er plassert et stempel 58. Stempelet har en tapp (plunger) 42 som en integrert del og som strekker seg fra den nedre flata 72 av armen 28, slik at den først vil komme i kontakt med en flate der armen er senket. Det er også en mindre kanal 68 som går ut fra stempelkammeret 56. Kanalen 68 kan føre ut til atmosfæren eller føre tilbake gjennom armen eller andre deler av sammensetningen som trenger avkjøling. Selvfølgelig kan tilførselspassasjen 48 erstattes av en uavhengig rørledning utenfor armen dersom det er ønskelig.

Når stempelet er i sin nederste stilling som vist i fig. 2, kan all luft (vist av piler 62) som går inn gjennom kanalen 48 forlate kammeret 56 ved hjelp av utløpskanalen 68. Imidlertid blir det, siden kanalen 68 er laget mindre enn kanalen 48, i kammeret 56 skapt et trykk som er positivt med hensyn på atmosfæren som omgir armen.

Stempelet har et flere passasjer 60 gjennom hvilke luft kan føres forbi stempelet. I andre utførelsesformer kan stempelet ha slisser langs omkretsen og på undersida, for å oppnå samme hensikt. Passasjene 60 tillater at luft føres forbi stempelet og ved hjelp av sporpassasjer 64, for å gå langs lengden av boringen 65 som tappen glir i, slik at luft føres ut i retning av flata som holder arbeidsstykket, på grunn av trykket i kammeret 56.

Føleren er vist i påvirket stilling i fig. 3, der den nedre flata 72 av armen er i en avstand S fra flata 40 som holder arbeidsstykket, nærmere enn vist i fig. 2. Enden av tappen 42 er i kontakt med flata og forårsaker at stempelet 58 blir beveget vertikalt og derved blokkeres utløpskanalen 68, og strømmen av luft langs tilførselskanalen 48 reduseres. Avkjølende luft 66' fortsetter å strømme gjennom passasjen 60,64. Men på grunn av den reduserte strømningsmengden, blir trykket i kanalen 48 og i forbindelsesledningen 46 hevet, idet tilførselsanordningen 44 er utformet for å gi et konstant volum. Endringen i strømning eller trykk føles av detektoren 52 som således signaliserer til styringsenheten 54 at armen er i stilling for å gripe arbeidsstykket.

Stempelet 58 og tappen 42 er utformet for å passe løst inn i hhv. kammeret 56 og boringen 65. Dette er viktig med hensyn til den sannsynlige mangelen på smøring og de trolige temperaturvariasjonene blant og langs de forskjellige kompon-entene. Begge disse faktorene kan forårsake riving eller andre påvirkninger som vil hindre stempelet og tappen fra å bevege seg fritt og utøve den tiltenkte virkningen. Imidlertid kan det som et resultat av denne løsheten være en tendens for partikler til å komme inn i boringen 65 under bruk.

Som det vil være klart fra det som er nevnt ovenfor,

vil det når føleren er i både sin aktiverte og sin uaktiverte stilling være en kontinuerlig strøm av avkjølende luft gjennom føleren. Denne kjølende lufta har flere funksjoner. For det første holdes føleren (og andre deler gjennom hvilke luft går når den når eller forlater føleren) på en lav temperatur. For det andre vil strømmen av luft langs boringen 65 både i rommet nettopp beskrevet og via sporene 64 nevnt ovenfor, ha en tendens til å hindre restpartikler fra å komme inn i boringen eller stempelkammeret og dermed hindre ødeleggende virkninger. For det tredje blir strømmen 62 dirigert langs lengden av tappen (plunger) og mot overflata

som blir detektert. Denne strømmen vil avkjøle tappen slik at den holder seg innenfor det egnet område, og holde den fra en uønsket ending av dimensjonene. For det fjerde vil strømmen av kjølende luft ha en tendens til å føre bort rester, så som partikler 70, der de ligger på overflata som blir detektert, slik at en nøyaktig posisjonsmåling oppnås.

Hvor mye luft som strømmer langs kanalene og gjennom stempelet avhenger av den vekt det er lagt på å oppnå de forannevnte målene. I det tilfellet som sr beskrevet her med hensyn på håndtering av et glassdekket arbeidsstykke, er det ikke ønskelig at lufta som drives ut fra føleren blåser restmateriale rundt slik at det vil blåse bort på arbeidsstykket. Hastigheten som støter mot arbeidsstykket er relativt moderat for å hindre dette mulige problemet. Ikke desto mindre er det ønskelig at lufta strømmer kontinuerlig for å holde apparatet kaldt og for å hindre oppsamling av restmateriale i føleren.

Når stempelet 58 stiger og hindrer strømningen langs passasjen 68, ettersom det totale omfanget av utløpsområdet for lufta som strømmer langs banene 66,66' er redusert, vil det statiske trykket i tilførselsledningen stige. Dette er også tilfelle for trykket rett over stempelflata. Som et resultat vil en større mengde luft strømme gjennom passasjene 60 når stempelet er i den aktiverte stillingen, enn når stempelet ikke er aktivert. Dette er ønskelig, fordi under slike betingelser vil armen være i ovnen eller andre oppvarmete områder og dette er når den maksimale avkjølingen av tappen 42 er nødvendig.

Det følgende er et spesielt eksempel på en utførelses-form av oppfinnelsen. Lufta blir tilført ved et trykk på omtrent 7-11 kPa (1,0-1,5 psi) i forhold til atmosfæren. Tappen er omtrent 5 mm i diameter og stempelet har en diameter på omtrent 10 mm. Når føleren er uaktivert, er omtrent 10-20 prosent av luftstrømmen gjennom passasjeveiene 60 og resten er gjennom kanalen 68. Når føleren er aktivert som vist i fig. 3 går omtrent 50 prosent av strømmen gjennom passasjene 60 og 50 prosent går gjennom kanalen 68.

Når det tapp-aktiverte apparatet er beskrevet med hensyn på at en tapp er festet til et stempel med større diameter, skulle det være klart at en tapp med konstant diameter med den innerste enden virkende som stempelet

(sammen med egnete innretninger for å holde tappen i armen)

kan benyttes for å gjennomføre formålene med oppfinnelsen.

Det skulle være klart at andre former og grader av endring av luftstrømmen gjennom kanalen kan brukes, slik en også kan bruke andre innretninger for å detektere endringen av strømning eller trykk.

Det er innenfor rammen av oppfinnelsen at gasstrømbanen kan føre til føleren ved enhver hensiktsmessig innretning, omfattende en ledende ytre del til armen. Og mens de spesielle gripeinnretningene som er beskrevet her er klemmeliknende anordninger, kan andre gripeinnretninger være så enkle som en sonde som går i inngrep med en arbeidsstykke-holder eller så kompleks som en simulert menneskelig hånd. Sammensetningen av håndteringsanordningen som det henvises til i kravene omfatter en del lik den bevegelige armen beskrevet ovenfor, og denne innretningen er brukt til å fordele luft til føleren og er nødvendig for å integrere inn i armen en gripeinnretning.

Som et annet eksempel viser fig. 4 en annen utførelses-form av oppfinnelsen der kanalen 48a fører luftstrømmen gjennom dysen 65a mot bæreflata for emnet. Når bæreflata 40 for emnet blir brakt i nærheten av utstrømningsåpningen 65a, vil slik det er kjent mottrykket i ledningen 48a variere. Da imidlertid arbeidsstykket lata 40a kan variere i form og ujevnhet eller i helling og idet eksperimentene har indikert at anordningen vist i fig. 4 er relativt lite kraftig når det gjelder mottrykkseffekten som blir produsert, særlig for store avstander S, er utformingen vist i fig. 1-3 foretrukket. Tappen i den foretrukne utførelsesformen tar gjennomsnittlig høyde av arbeidsstykketlata over sin bredde.

Claims (7)

1. Framgangsmåte for å gripe et arbeidsstykke (22) med en frigjørbar håndteringsanordning (20) plassert på ei bæreflate (40), omfattende følgende trinn: føre en kontinuerlig luftstrøm gjennom en avfølingsdel (50) av håndteringsanordningen (20), bevege håndteringsanordningen (20) med avfølingsdelen (50) i forhold til arbeidsstykket som skal gripes og medvirke til en endring i luftstrømmen for å signalere når håndteringsanordningen (20) er i posisjon for å gripe arbeidsstykket (22), karakterisert ved at når håndteringsanordningen (20) beveges mot bæreflata (40), ved å lede luftstrømmen fra avfølingsdelen (50) i retning av bæreflata (40) for å medvirke til en endring i luftstrømmen i samsvar med håndteringsanordningens (20) avstand til bæreflata (40), og ved at endringen i luftstrømmen utnyttes for å signalere når håndteringsanordningen (20) er i en forutbestemt posisjon i forhold til bæreoverflata (40) for å gripe arbeidsstykket (22) ved forutbestemt avstand fra bæreflata (40).

2. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved å endre strømningsbanen (46, 48, 60, 64, 68) for å øke luftstrømmen gjennom avf ølingsdelen (50) når den føler nærheten av bæreflata (40)..

3. Håndteringsanordning for utførelse av framgangsmåten i krav 1, omfattende en gripeanordning (36, 38) for å gripe et arbeidsstykke (22) på ei bæreflate (40), der det fra en gasskilde (44) fører en gass-strømningsbane (46, 48) til avfølingsdelen (50), avfølingsdelen (50) omfatter en tapp (42) med et stempel (58) bevegbart opptatt i et gasskammer (56), tappen (42) strekker seg gjennom en utboring (65) i en vegg i gasskamret (56), til det ytre av hvilken gassstrøm-ningsbane (46, 48) er koplet til gasskamret (56), og videre har gasskamret (56) en utløpskanal (68) og en gasstrykk-detektor (52) som registrerer endringer i gasstrykket. karakterisert ved at tappen (42) med stemplet (58) er bevegbar mellom en første posisjon der gass-strøm-ningsbanen (46, 48) er i kommunikasjon med utløpskanalen (68) og en andre posisjon der kommunikasjon mellom gass-strømningsbanen (46, 48) og utløpskanalen (68) vesentlig er blokkert.

4. Holdeanordning i samsvar med krav 3, karakterisert ved at strømingsbanene (60, 64) er anordnet for å lede en kontinuerlig strøm av gass fra gass-strømningsbanen (46, 48) langs tappen (42) gjennom en utboring (65) til det ytre fra gasskamret (56) i både første og andre posisjon av tappen (42).

5. Holdeanordning i samsvar med krav 4, karakterisert ved at strømningsbanene (60, 64) omfatter et flertall av spor (64) dannet i utboringen (65) og et flertall av kanaler (60) som gir kommunikasjon mellom gass-strømningsbanen (46, 48) og sporene (64) i alle posisjoner av tappen (42).

6. Holdeanordning i samsvar med krav 5, karakterisert ved at kanalene (60) er dannet i stempeldelen (58) av tappen (42).

7. Holdeanordning i samsvar med noe av kravene 3-6, karakterisert ved at tappen (42) er løst mottatt i utboringen (65) og i gasskamret (56).