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Die
Erfindung betrifft einen Roboter auf einem selbstfahrenden Werkstückträger nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein
Verfahren zum Betrieb eines Werkstück-Transfersystems mit einem
selbstfahrenden Werkstückroboter
ist mit der eigenen
DE
10 2005 012 561 A1 beschrieben worden. Alle dort enthaltenen
Informationen sollen vollinhaltlich vom Informationsgehalt der vorliegenden
Erfindung umfasst sein. Gegenstand dieser älteren Anmeldung war, dass
mindestens ein Werkstückträger auf
einem Schienensystem verfahrbar war, wobei das Schienensystem in verschiedenen
Ebenen und verschiedenen Bereichen angeordnet werden konnte und
die verschiedenen Ebenen und Bereiche durch zugeordnete Weichen
getrennt waren.
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Kern
dieses Werkstück-Transfersystems war,
dass die Werkstückträger eine
eigene autonome Intelligenz aufwiesen. Das heißt, es ist kein Leitrechner
vorhanden, der den Ablauf unterschiedlicher auf dem Schienensystem verfahrbarer
Werkstückträger leitet,
sondern jeder Werkstückträger hat
seine eigene Intelligenz. Dies bedeutet, er hat sein eigenes Fahrprogramm
und sein eigenes Bearbeitungsprogramm, welches vollkommen unabhängig von
den gleichfalls auf dem gleichen Schienensystem verfahrbaren Werkstückträgern sein
kann.
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Zu
diesem Zweck sah die damalige Erfindung vor, dass an einem bestimmten
Bereich jeder Werkstückträger ein
Auftragsprogramm entgegennimmt, welches in digitaler Form auf einem
digitalen Speicher im Werkstückträger gespeichert
wurde und welches ein Grundprogramm darstellte, welches der Werkstückträger auszuführen hatte.
Dieses Grundprogramm betraf beispielsweise die Verkehrsregeln auf
dem genannten Schienensystem, die Geschwindigkeiten und ähnliche
Grundkonfigurationen.
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Erst
beim Anfahren bestimmter Bearbeitungsstationen erhielt der Werkstückträger seinen genauen
Auftrag, nämlich
was er wo und in welcher Zeit und mit welcher Geschwindigkeit auszuführen hat.
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Ein
solches Werkstück-Transfersystem
hat sich bewährt
und wird in großem
Umfang mittlerweile eingesetzt. Der Anwendungsbereich war jedoch
darauf beschränkt,
dass die selbstfahrenden Werkstückträger ein
Werkstück
aufnahmen, gegebenenfalls dessen Bearbeitung in einer Bearbeitungsstation
veranlassten und das bearbeitete Werkstück zu einer anderen Station
brachten.
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Der
Anwendungsbereich der damaligen Erfindung war deshalb begrenzt.
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Mit
der
EP 0532372 A1 ist
einen Mehrachs-Roboter auf einem selbstfahrenden Werkstückträger, der
auf einem Schienensystem verfährt,
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 offenbart.
Roboter und Werkstückträger besitzen
eine eigene Intelligenz mittels eines Programmspeichers, wobei der
Werkstückträger auch
die vorgegebene Fahrbahn verlassen kann. Der Roboter besitzt einen
Handlings- und Bearbeitungskopf zur Durchführung von Montagen an einem Werkstück, welches
dabei zu einer Station befördert wird.
Der Anwendungsbereich dieses Mehrachs-Roboters ist aber ebenfalls
auf das Handling und das Bearbeiten von Werkstücken begrenzt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Werkstück-Transfersystem nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so weiterzubilden, dass eine
vielfach erweiterte Behandlung von Werkstücken, sowie Proben/Prüflingen stattfinden
kann.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre
des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Wesentliches
Merkmal der Erfindung ist, dass auf dem Werkstückträger mindestens ein Roboter
befestigt ist, der einen Prüf-
und Bearbeitungskopf aufweist, und dass dem Roboter ein selbsttätig arbeitendes
Prüf- und
Bearbeitungsprogramm (d. h. Arbeitsprogramm) zugeordnet ist, welches
dem Roboter ermöglicht,
ein oder mehrere auf der Plattform des Werkstückträgers angeordnete Proben oder
Werkstücke
zu prüfen
und/oder zu bearbeiten und in Abhängigkeit von seinem Arbeitsprogramm
entweder zu anderen Bearbeitungsstationen zu befördern oder auf einem Lagerplatz
abzulegen.
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Mit
der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil,
dass nun erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass auf dem Werkstückträger selbst
ein Prüf- und Bearbeitungsinstrument
in Form eines Roboters mitfährt,
wobei nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung das Prüf- und Bearbeitungsprogramm
dieser Einheit von dem Mikroprozessor des Werkstückträgers mit Steuerungsbefehlen versorgt
wird.
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Damit
besteht der wesentliche Vorteil, dass die autonome Intelligenz des
Werkstückträgers nun dazu
genutzt wird, einen auf dem Werkstückträger befestigten Roboter mit
einem Bearbeitungs- und Prüfprogramm
zu versorgen.
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Es
ergibt sich damit ein geringer Datenverkehr auf dem Schienensystem,
denn es reicht aus, an bestimmten Übergabestationen digitale Befehle an
den jeweiligen Werkstückträger zu senden,
der diese digitalen Befehle in seinen Mikroprozessor einspeichert
und entsprechend ausführt.
Es wird demzufolge sowohl das Fahrprogramm für den Werkstückträger, dessen
Grundkonfiguration und Verhalten auf dem Schienensystem als auch
darüber
hinaus das Prüf-
und Bearbeitungsprogramm des darauf montierten Roboters abgeleitet.
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Es
wird also ausdrücklich
darauf verzichtet, dem Roboter über
eine eigene Bearbeitungsstation (Ladestation) ein Bearbeitungsprogramm
zuzuordnen. Dies wird alles von der autonomen Intelligenz des Werkstückträgers veranlasst.
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Damit
reicht es aus, das nach dem Stand der Technik dem Werkstückträger übergebene
digitale Steuerungsprogramm nur geringfügig zu erweitern, welches um
die besagten Prüf-
und Bearbeitungsroutinen erweitert wird, die den auf dem Werkstückträger montierten
Roboter ansteuern und dessen Verhalten beeinflussen.
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Wie
bereits schon im Stand der Technik beschrieben, hat der autonome
Werkstückträger auch eine
autonome Stromversorgung, die bevorzugt als hochaufladbarer Kondensator
ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass die Stromversorgung des Roboters von einem solchen
hochaufladbaren Kondensator versorgt wird. Dies bedeutet, dass der
Roboter eine eigene Stromversorgung hat oder gegebenenfalls die
Stromversorgung mit dem Werkstückträger teilt,
wobei diese Stromversorgung in Form von aufladbaren Kondensatoren
oder dergleichen erfolgt.
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Damit
ist es lediglich erforderlich, von Zeit zu Zeit die mitfahrenden
Stromversorgungen aufzuladen, wobei es vorgesehen sein kann, dass
dem Roboter eine von dem Werkstückträger getrennte Stromversorgung
im Werkstückträger zugeordnet
ist.
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Der
auf dem Werkstückträger befestigte
Roboter kann als reines Handlingsystem dienen. Diese bedeutet, dass
er von einer unterschiedlichen Anzahl von Lagerplätzen, Werkstücke, Proben,
und andere Gegenstände
aufnehmen kann, sie gegebenenfalls auf der Plattform des Werkstückträgers zwischenspeichert
und sie zu anderen Lagerplätzen
oder Bearbeitungsstationen verbringt.
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Vorteil
dieser Maßnahme
ist, dass bei einem Schienensystem, bei dem beispielsweise einhundert oder
zweihundert verschiedene Bearbeitungsstationen oder Lagersysteme
vorhanden sind, es ausreicht, drei oder vier Werkstückträger mit
darauf montierten Robotern zu verwenden. Es werden hierbei besonders
hohe Verfahrgeschwindigkeiten von z. B. 1,5 m/s mit den Werkstückträgern erreicht
und es werden hochproduktive Roboter verwendet, die z. B. 100 oder
mehr voneinander getrennte Bewegungen pro Sekunde ausüben können.
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Als
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung 5-Achs-Roboter oder
3-Achs-Roboter an sich bekannter Bauart verwendet.
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Es
werden allgemein demzufolge Knickarm-Roboter verwendet oder auch
Bestückungsroboter,
wie sie in herkömmlichen
Handlingsystemen bekannt sind. Auch Pick & Place-Roboter können im Rahmen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Diese sind dann in der Regel nur als
2-Achs-Roboter ausgebildet.
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Wichtig
bei allen Ausführungsformen
ist, dass wegen der hohen Produktionsleistung der auf dem Werkstückträger montierten
Roboter eine außerordentlich
hohe Produktivität
entsteht und dass sehr kurze Verfahrzeiten im Abstand zwischen den einzelnen
Bearbeitungsstationen oder Lagerstationen sind, so dass bei einer
Vielzahl von Bearbeitungs- und Lagerstationen es ausreicht, ein,
zwei oder drei Werkstückträger mit
darauf befestigten Robotern zu verwenden.
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Selbstverständlich ist
es nicht erforderlich, dass jedem Werkstückträger die gleiche Art eines Roboters
zugeordnet wird. Der eine Werkstückträger kann
beispielsweise einen 5-Achs-Roboter und der andere Werkstückträger eine
andere Form eines Roboters tragen.
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Wichtig
ist, dass wegen der autonomen Intelligenz der Werkstückträger und
der darauf montierten Roboter jeder Werkstückträger von sich aus weiß, welche
Bearbeitungsstationen er anfahren muss und wo er hinfahren muss.
Die entsprechenden Befehle erhält
er von der Bearbeitungsstation selbst und synchronisiert sich selbst
mit den verschiedenen Bearbeitungsstationen und Lagerstationen,
die er anfährt oder
die er verlässt.
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Der
Roboter kann aber nicht nur als Handlingsystem arbeiten, sondern
darüber
hinaus noch als Bearbeitungs- und Prüfwerkzeug funktionieren. In diesem
Fall führt
der Roboter nicht nur Handlingsaufgaben aus, sondern darüber hinaus
noch Bearbeitungsaufgaben, die er auf den auf der Plattform des Werkstückträgers gehalterten
Proben, Prüflingen oder
Werkstücken
ausführt.
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So
kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass auf dem Werkstückträger eine
Reihe von Probenbehältern
angeordnet sind, in denen Untersuchungsflüssigkeiten enthalten sind.
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Der
auf dem Werkstückträger angeordnete Roboter
kann nun verschiedene Prüfroutinen,
Untersuchungsroutinen oder Verarbeitungsroutinen an den Probenbehältern durchführen.
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Es
können
auf der Oberfläche
des Werkstückträgers einzelne
Schaltplatinen mit Prüfanschlüssen vorgesehen
werden. Der Roboter hat dann entsprechende Prüfspitzen, mit denen er bestimmte
Prüfprogramme
ausführen
kann. Das heißt in
Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Prüfprogramms
wird dann der Werkstückträger zu einem
Lagerplatz fahren, wo die als gut befundenen Prüflinge abgeladen werden und
er fährt
dann einen weiteren Lagerplatz an, wo die als Ausschuss erkannten
Prüflinge
abgeladen werden.
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Aus
dieser Idee ergibt sich die Vielfältigkeit des erfindungsgemäßen Schienensystems
mit den Werkstückträgern und
darauf montierten Robotern. Es können
beliebige Bearbeitungs- und Prüfvorgänge mit
den auf der Plattform des Werkstückträgers aufgebrachten
Prüflingen
oder Gegenständen
vorgenommen werden.
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Hierbei
wird es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt,
wenn der Roboter auswechselbare Werkzeuge aufweist, die er von Bedarf zu
Bedarf auswechseln kann.
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In
einer Weiterbildung dieser Idee ist es vorgesehen, dass ein entsprechendes
Magazin mit zugeordneten unterschiedlichen Werkzeugen auf dem Werkstückträger mitfährt.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es jedoch vorgesehen sein, dass
der Werkstückträger eine
eigene Aufnahmestation anfährt,
wo der Werkzeugwechsel für
den Roboter stattfindet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1:
Schematisiert die Aufsicht auf eine Schienensystem nach der Erfindung
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2:
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Werkstückträgers mit
einem darauf montierten Roboter
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3:
die Draufsicht auf die Anordnung nach 2 mit Darstellung
weiterer Einzelheiten
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4:
die perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform
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In 1 ist
ein Schienensystem 1 dargestellt, welches aus einer Vielzahl
von Schienenstrecken 2, 3, 4, 5, 6 besteht,
die alle über
Weichen 11 voneinander abgeteilt sind.
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Auf
den Schienenstrecken 2–6 sind
eine Anzahl von Werkstückträgern 7, 8, 9, 10 verfahrbar,
wobei das auf den Werkstückträgern 7 gespeicherte Fahrprogramm beispielsweise
auch die Weichen 11 der Schienenstrecken 2–6 ansteuert
so dass sich die Werkstückträger 7–10 ihren
eigenen Fahrweg auf dem Schienensystem 1 konfigurieren.
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Am
Rande oder innerhalb der Schienenstrecken 2–6 sind
eine Vielzahl von Bearbeitungsstationen 12a–d und 13a–d angeordnet,
wobei dargestellt ist, dass noch weitere Bearbeitungsstationen 16–20 innerhalb
oder außerhalb
des Schienensystems 1 angeordnet sind.
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Im
Bereich des Schienensystems 1 kann eine Auftragsstation 14 angeordnet
sein, welche jeder einzelne Werkstückträger 7–10 mindestens
ein Mal fährt
und dort seinen Auftrag 15 erhält.
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In 2 ist
die Stirnansicht eines Werkstückträgers 7 dargestellt,
der im Wesentlichen aus einem Grundträger besteht, an dessen vorderer
Stirnseite eine Reihe von Reflektoren 21, IR-Sensoren 23 und Abstandssensoren 24 angeordnet
sind.
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Über diese
Instrumente 21, 23, 24 wird das Zusammenspiel
der einzelnen Werkstückträger 7–10 untereinander
koordiniert. Beispielsweise sorgt der Abstandssensor 24 dafür, dass
der eine Werkstückträger 7 nicht
mit einem anderen Werkstückträger 8 zusammenstößt und dergleichen
mehr. Ebenso wird über
die verschiedenen Sensoren 23, 24 das Fahrprogramm
und das Bearbeitungsprogramm für
den auf einer Plattform 27 des Werkstückträgers 7–10 montierten
Roboter 29 eingespeist.
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Auf
dem Schienensystem 1 ist der Werkstückträger 7 mit einer Führungsrolle 25 geführt, wobei
diese Führungsrolle 25 in
die lichte Öffnung
der einen Fahrschiene 22 eingreift und den Werkstückträger 7 gegen
Herausheben aus dieser Fahrschiene 22 sichert.
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Auf
der gegenüberliegenden
Sie sind lediglich Stützräder 26 vorhanden,
welche auf dieser Fahrschiene 22 aufliegen.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
sind auf der Plattform 27 eine Reihe von Probengefäßen 28 angeordnet,
die alle eine zu behandelnde oder zu untersuchende Flüssigkeit
aufweisen.
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Der
Roboter 29 ist als 5-Achs-Roboter ausgebildet und weist
ausgehend von einer unteren Lagersäule 30 ein erstes
Drehgelenk 31 auf, welches in ein zugeordnetes Schwenkgelenk 32 übergeht,
an dem ein Arm 33 ansetzt, der über ein Gelenk 35 in
einen weiteren Arm 34 übergeht.
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Der
Arm 34 geht wiederum über
das Gelenk 35 in einen Prüf- und Bearbeitungskopf 51 über, der im
gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem Greifelement 36 besteht, an dessen vorderen Ende
eine Greifzange 37 angeordnet ist.
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Mit
dieser Greifzange 37 können
beispielsweise nun die einzelnen Probengefäße 28 von der Plattform 27 entnommen
werden und auf eine Bearbeitungsstation 12–13 oder 16–20 verbracht
werden. Dort können
weitere Prüf-
und Bearbeitungsprogramme stattfinden und nach erfolgter Prüfung und
Bearbeitung kann dann eine solche, bearbeitete Probe wieder auf
die Plattform 27 aufgenommen werden und der Werkstückträger 7 fährt zu einer
anderen Prüf-
oder Bearbeitungsstation.
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Wichtig
ist, dass der autonom arbeitende Werkstückträger die Prüf- und Bearbeitungsdaten von
einer Station aufnimmt, einspeichert und mitnimmt, so dass er der
anderen Station mitteilen kann, welche Prüf- und Bearbeitungsvorgänge stattfanden und
mit welchem Ergebnis.
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Dies
spart auch den früher
notwendigen Datenverkehr zwischen den einzelnen Bearbeitungsstationen 12–13 und 16–20,
weil die eigentliche Datenübertragung über die
autonom fahrenden Werkstückträger 7–10 stattfindet.
Es bedarf deshalb keines Leitrechners mehr, der die einzelnen Prüf- und Bearbeitungsergebnisse,
und die dabei anfallenden Daten verwaltet und den anderen Bearbeitungsstationen mitteilt.
Dies wird alles von der autonomen Intelligenz des Werkstückträgers 7–10 und
dem darauf angeordneten Roboter 29 erledigt.
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Demzufolge
kann der Prüf-
und Bearbeitungskopf beliebige Bewegungen in den Pfeilrichtungen 38, 39 ausführen, wie
dies von 5-Achs-Robotern bekannt ist.
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In 3 ist
erkennbar, dass der Werkstückträger 7–10 beispielsweise
in Pfeilrichtung 40 entlang des Schienensystems 1 verfährt, wobei
ein Einbahnsystem vorhanden ist, welches dafür sorgt, dass alle Werkstückträger 7–10 in
der gleichen Pfeilrichtung 40 fahren.
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In 3 ist
im Übrigen
dargestellt, dass auf einem festen Lagerplatz (z. B. der einen Bearbeitungsstation 12, 13)
weitere Probengefäße 28 angeordnet
sind, die von dem auf dem Werkstückträger 7 montierten
Roboter 29 nun mit der Greifzange 37 ausgetauscht
werden.
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Beispielsweise
können
die auf der Plattform 27 transportierten Probengefäße 28 auf
die Bearbeitungsstation 12, 13 gebracht werden
und umgekehrt können
von der Bearbeitungsstation 12, 13 die dort lagernden
Probengefäße 28 abgeholt
und auf die Plattform 27 des Werkstoffträgers 7 aufgebracht
werden.
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Wichtig
ist, dass nun auch eine Bearbeitung der auf der Plattform 27 ruhenden
Probengefäße 28 stattfinden
kann.
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Anhand
der 4 wird dies für
eine elektronische Prüfung
von Schaltplatinen 49 näher
dargestellt.
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Hierbei
sind auf der Plattform 27 eine Anzahl von Platinen 49 angeordnet,
die jeweils Prüfanschlüsse 50 aufweisen.
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Der
Roboter 29 hat nun ein auswechselbares Werkzeug 47,
welches mit einer Kupplung 48 an dem Prüf- und Bearbeitungskopf 51 angeordnet
ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
dient als Werkzeug 47 nun eine Prüfeinrichtung, die mit zwei
Prüfspitzen 41 arbeitet,
die beispielsweise einen elektrischen Widerstand, einen elektrischen
Durchgang oder dergleichen prüfen
kann.
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Gesteuert
durch sein autonomes Bearbeitungsprogramm fährt nun der Roboter 29 mit
seinen Prüfspitzen 41 in
die zugeordneten Prüfanschlüsse 50 und
prüft nacheinander
mit sehr hoher Geschwindigkeit die einzelnen Platinen 49 elektrisch
durch. Es wird dabei ein Prüfprotokoll
erstellt, welches in dem Prozessor des Roboters eingespeichert wird.
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Nachdem
der Roboter erfindungsgemäß auch unterschiedliche
Prüfvorgänge vornehmen kann
oder auch allgemein unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge, ist
es vorgesehen, dass auf der Plattform 27 ein Magazin 42 mit
einer Anzahl von voneinander getrennten Schächten 43 mitfährt. In
jedem Schacht 43 ist dann ein eigenes Werkzeug enthalten, welches
jeweils in den Pfeilrichtungen 44, 45, 46 entnommen
und über
die Kupplung 48 mit dem Prüf- und Bearbeitungskopf 51 gekuppelt
werden kann.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen während der Verfahrung des Werkstückträgers 7–10 vorzunehmen.
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Alle
Daten, die bei der Bearbeitung oder der Prüfung stattfinden, werden – wie dargestellt – in dem zentralen
Datenspeicher des Werkstückträgers 7 eingespeichert
und werden dann beim Anfahren mit einer hierfür bestimmten Auswertestation übergeben.
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Dort
erhält
der Werkstückträger 7 sein
neues Fahrprogramm und muss nun entsprechend der Auswertung eine
Anzahl von Platinen zu einem endgültigen Lagerplatz verfahren
oder eine Ausschuss-Station anfahren, wo fehlerhafte Platinen 49 abgeladen werden.
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Wichtig
ist der erhebliche Geschwindigkeits- und damit verbundene Produktionsvorteil,
weil während
der sehr schnellen Verfahrung der Werkstückträger gleichzeitig eine Bearbeitung
von Gegenständen
auf dem Werkstückträger stattfindet.
Es wird somit ein wesentlicher Teil der Bearbeitungszeit gespart,
weil darauf verzichtet wird, dass Prüf- und Bearbeitungsvorgänge stationär stattfinden.
Vielmehr sieht die Erfindung mobile Prüf- und Bearbeitungsvorgänge vor,
die auf den fahrenden Werkstückträgern 7–10 ausgeführt werden.
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- 1
- Schienensystem
- 2
- Schienenstrecke
- 3
- Schienenstrecke
- 4
- Schienenstrecke
- 5
- Schienenstrecke
- 6
- Schienenstrecke
- 7
- Werkstückträger
- 8
- Werkstückträger
- 9
- Werkstückträger
- 10
- Werkstückträger
- 11
- Weiche
- 12
- Bearbeitungsstation
a–d
- 13
- Bearbeitungsstation
a–d
- 14
- Auftragsstation
- 15
- Auftrag
- 16
- Bearbeitungsstation
- 17
- Bearbeitungsstation
- 18
- Bearbeitungsstation
- 19
- Bearbeitungsstation
- 20
- Bearbeitungsstation
- 21
- Reflektor
- 22
- Fahrschiene
- 23
- IR-Sensor
- 24
- Abstandssensor
- 25
- Führungsrolle
- 26
- Stützrad
- 27
- Plattform
- 28
- Probengefäß
- 29
- Roboter
- 30
- Lagersäule
- 31
- Drehgelenk
- 32
- Schwenkgelenk
- 33
- Arm
- 34
- Arm
- 35
- Gelenk
- 36
- Greifelement
- 37
- Greifzange
- 38
- Pfeilrichtung
- 39
- Pfeilrichtung
- 40
- Pfeilrichtung
- 41
- Prüfspitze
- 42
- Magazin
- 43
- Schacht
- 44
- Pfeilrichtung
- 45
- Pfeilrichtung
- 46
- Pfeilrichtung
- 47
- Werkzeug
- 48
- Kupplung
- 49
- Platine
- 50
- Prüfanschluss
- 51
- Prüf- und Bearbeitungskopf