DE102009036700A1

DE102009036700A1 - Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial in einer Fertigungsanlage

Info

Publication number: DE102009036700A1
Application number: DE102009036700A
Authority: DE
Inventors: Alberto Masoero; Thomas Pfeilschifter; Andreas Würth; Thomas Schretzmeir
Original assignee: Bottero GmbH; Bottero SpA
Current assignee: Bottero GmbH; Bottero SpA
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-03-17
Also published as: WO2011015610A1; US20120207575A1; DE202010017750U1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial in einer Fertigungsanlage, insbesondere bei der Herstellung von Glasplatten, Solarzellen, aber auch von Blechteilen oder von Plattenmaterial bei der Herstellung von Möbeln, Kunstoffplatten etc. Die Vorrichtung besitzt einen ersten Arm (1), der um eine erste Rotationsachse (1A) antreibbar ist, mindestens einen zweiten Arm (2), der um eine an dem ersten Arm (1) gelagerte zweite Rotationsachse (2A) antreibbar ist, die zu der ersten Rotationsachse (1A) parallel ist, und eine Manipuliereinrichtung (3) für das zu übergebende Plattenmaterial, die an dem mindestens einen zweiten Arm (2) angeordnet ist und das Plattenmaterial selektiv greifen und freigeben kann. Die Drehung des ersten Arms (1) und des zweiten Arms (2) um die erste bzw. zweite Rotationsachse (1A, 2A) erfolgt bei jedem Übergabezyklus vorzugsweise durchdrehend oder reversierend.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial in einer Fertigungsanlage, insbesondere bei der Herstellung von Glasplatten, Solarzellen, aber auch von Blechteilen oder von Plattenmaterial bei der Herstellung von Möbeln, Kunststoffplatten etc..
Die Übergabe von Plattenmaterial in einer Fertigungsanlage kann an verschiedenen Stationen eines Fertigungsprozesses erfolgen, insbesondere beim Stapeln des auf einer horizontalen Fördereinrichtung herangeführten Plattenmaterials in eine im wesentlichen senkrechte oder leicht geneigte Stapelposition auf einer Palette oder einem Plattenträger für einen Weitertransport, bei der Übergabe in entgegengesetzter Richtung von einer Transporteinrichtung von einer im wesentlichen senkrechten oder schrägen Stapelposition auf eine horizontale Fördereinrichtung oder beim Umstapeln von einer Stapelposition oder -einrichtung bzw. Fertigungsstation auf eine andere.
Eine Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial mit der Funktionalität der Plattenübergabe von einem Plattenförderer auf ein Stapelgestell ist beispielsweise aus der EP 1493695 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung zur Plattenübergabe ist ein Plattengreifer, insbesondere Saugrahmen, schwenkbar an einem freien Ende eines Transportarms angeordnet, der um eine Achse schwenkbar an einem Gestell angeordnet ist. Die Schwenkbewegung des Transportarms ist kinematisch mit der Schwenkbewegung des Plattengreifers über zwei Gestänge gekoppelt. Die Anordnung ist dergestalt, dass die Übergabe eines Plattenmaterials durch abwechselnde Schwenkbewegungen des Transportarms in alternierenden Richtungen erfolgt.
Aus der DE 4211317 A1 ist eine weitere Vorrichtung zum Übergeben von plattenförmigen Gegenständen von einer horizontalen Fördereinrichtung zu einem vertikalen Stapelgestell bekannt, bei der zwei mit einer Manipuliereinrichtung versehene parallel antreibbare Schwenkarme vorgesehen sind, die zwischen einer im wesentlichen vertikalen Endstellung und einer im wesentlichen horizontalen Endstellung durch Schwenken um 90 bis 100° hin und her beweglich sind. Die Bewegung der Schwenkarme ist durch jeweils zwei Kurbelmechanismen realisiert, wobei die Kurbelmechanismen jeweils eine Kurbel aufweisen, die über einen Antriebsmotor bewegt wird. Das freie Ende der einen Kurbel ist über ein Drehgelenk mit einer Koppelstange verbunden, welche wiederum über ein weiteres Drehgelenk mit dem Schwenkarm verbunden ist. Das freie Ende der anderen Kurbel ist direkt über ein Drehgelenk mit dem Schwenkarm verbunden.
Bei den bekannten Vorrichtungen ist es erforderlich, die Zufuhr des Plattenmaterials durch eine horizontale Fördereinrichtung in die Übergabeposition zu verzögern, bis die Manipuliereinrichtung in die Übergabeposition bewegt ist, damit deren Bewegung nicht durch das Plattenmaterial behindert ist. Zusätzlich muss dann die in die Übergabeposition bewegte Manipuliereinrichtung warten, bis die Fördereinrichtung wieder angefahren und das zu übergebende Plattenmaterialstück in die Übergabeposition transportiert worden ist, bevor das Plattenmaterialstück gegriffen und die Übergabe durchgeführt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial in einer Fertigungsanlage, die zumindest einige der genannten Nachteile behebt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial in einer Fertigungsstrasse gemäß Anspruch 1 in Vorschlag gebracht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zur Erläuterung der wesentlichen Elemente;
2a bis 2f eine schematische Darstellung von charakteristischen Positionen des Bewegungsablaufs der Vorrichtung von 1 in einer ersten Variante beim Übergeben eines Plattenmaterials von einer Transporteinrichtung zu einem Stapelgestell;
3a bis 3f eine schematische Darstellung von charakteristischen Positionen des Bewegungsablaufs der Vorrichtung von 1 in einer zweiten Variante beim Übergeben eines Plattenmaterials von einer Transporteinrichtung zu einem Stapelgestell;
4a bis 4f eine schematische Darstellung von charakteristischen Positionen des Bewegungsablaufs einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform beim Übergeben eines Plattenmaterials von einer Transporteinrichtung zu einem Stapelgestell; und
5 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung von 4.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der in 1 darrgestellten ersten Ausführungsform umfasst einen ersten Arm 1, der um eine erste Rotationsachse 1A an einem Ende des ersten Arms antreibbar ist, sowie einen zweiten Arm 2, der um eine zweite Rotationsachse 2A drehbar an dem ersten Arm 1 gelagert ist. Die zweite Rotationsachse 2A befindet sich an dem anderen Ende des ersten Arms und die zweite Rotationsachse 2A ist parallel zur ersten Rotationsachse 1A. Der erste Arm ist an einer Basis 6 in einer Höhe über einer Bodenfläche gelagert, die höher ist als die Länge des ersten Arms 1. Die erste und zweite Rotationsachse sind parallel zu der Bodenfläche.
An dem freien Ende des zweiten Arms 2 ist eine Manipuliereinrichtung 3 für das zu handhabende Plattenmaterial angeordnet. Die Manipuliereinrichtung 3 kann in Form eines im Stand der Technik bekannten Plattengreifers, beispielsweise in Form eines Saugrahmens mit entsprechenden Greifeinrichtungen für das Plattenmaterial ausgestaltet sein, um dieses selektiv zu greifen und freizugeben. Die Manipuliereinrichtung 3 kann in fester Position an dem Ende des zweiten Arms angeordnet sein oder über eine oder mehrere dritte Achse(n) relativ zu dem zweiten Arm bewegbar sein.
Die Übergabe des Plattenmaterials, beispielsweise Glasplatten, Flachglas, Kunststoffplatten, Solarzellen, Bleche und dgl. erfolgt üblicherweise von einer horizontalen oder ggf. bis etwa 30° gegenüber der Horizontalen geneigten Fördereinrichtung, auf der das Plattenmaterial sequentiell kontinuierlich oder diskontinuierlich herangeführt wird. Die Fördereinrichtung definiert eine Transportebene E. Die Übergabe des Plattenmaterials erfolgt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung von der Lage in der Transportebene E in eine im wesentlichen senkrechte oder leicht schräg geneigte Stapellage auf einem Stapelgestell 5 oder einer Palette. Die Übergabe kann auch an eine weitere Bearbeitungsstation der Fertigungsanlage oder in umgekehrter Richtung erfolgen.
Der ersten Rotationsachse 1A und der zweiten Rotationsachse 2A ist jeweils eine eigene Antriebseinrichtung mit Getriebe und Motor, vorzugsweise einem regel- und steuerbaren Elektromotor (beispielsweise ein Servomotor), zugeordnet, um die Drehung um die jeweilige Rotationsachse zu bewirken. Die Drehrichtung des ersten Arms um die erste Rotationsachse 1A ist, über einen gesamten Übergabezyklus betrachtet, jeweils entgegengesetzt der Drehrichtung des zweiten Arms um die zweite Rotationsachse 2A, wobei die Drehrichtungen für eine Übergabe des Plattenmaterials in entgegengesetzter Richtung jeweils umgekehrt werden können. Die Drehrichtung beider Rotationsachsen kann jedoch kurzfristig gleichsinnig sein, um speziell in den Endlagen eine gewünschte Positionierung der Manipuliereinrichtung zu erreichen. Die Drehung des ersten Arms und des zweiten Arms beim Übergabevorgang ist in einer bevorzugten Variante der ersten Ausführungsform jeweils unidirektional in einer Richtung (durchdrehend) und erfolgt über einen Bereich von etwa 360° bei jedem Übergabezyklus. Unter einem Übergabezyklus wird hier eine Bewegung der Manipuliereinrichtung von einer Abnahmeposition zu einer Abgabeposition und zurück in die Abnahmeposition verstanden. Die durchdrehende Bewegung der beiden Rotationsachsen hat den Vorteil, dass eine hohe Übergabefrequenz erreicht werden kann. Zwar wird die Bewegung an den Abnahme- und Abgabepositionen kurz angehalten oder verzögert, um Zeit für das Greifen bzw. Freigeben und Absetzen des Plattenmaterials zu haben, doch ist das Fortsetzen der Bewegung in der selben Richtung kinematisch vorteilhaft (siehe auch den aus den 2a bis 2f ersichtlichen Bewegungsablauf).
Die Anordnung des ersten und des zweiten Arms hinsichtlich Länge, Form und Anordnung in der Vorrichtung und die Steuerung der Rotation des zweiten Arms um die zweite Rotationsachse ist, wie das aus den 2a bis 2f hervorgeht, so gewählt, dass die Manipuliereinrichtung bei einer Bewegung in die Abnahmeposition unter die horizontale Transportebene einschwenkt und sich von einer Position unterhalb der Transportebene der Unterseite des Plattenmaterials annähert. Dadurch kann das Plattenmaterial von der Manipuliereinrichtung bei Flachglas an der sogenannten ”Radseite” oder ”tin-side” gegriffen werden.
Bei der in 2a–2f gezeigten Variante der ersten Ausführungsform befindet sich in der Greifstellung der erste Arm im Bereich seiner unteren Totstellung (siehe 2f). Ferner ist bei der ersten Ausführungsform der erste Arm so dimensioniert und angeordnet, dass er sich bei der gesamten Drehbewegung um die erste Rotationsachse im wesentlichen unterhalb der horizontalen Transportebene des an die Übergabevorrichtung herangeführten Plattenmaterials befindet. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich – die Gestaltung des ersten und des zweiten Arms kann vielmehr in Abhängigkeit von den spezifischen räumlichen Verhältnissen an der Übergabeposition wie Höhenniveau der Übernahme- und Übergabeposition und evtl. vorhandene Störkanten in der Bewegungsbahn der Arme und der Manipuliereinrichtung.
Als Antriebseinrichtungen für die Rotationsachsen bieten sich solche mit regel- und steuerbarem Elektromotor und Getriebe an, beispielsweise Servomotoren, die auch im Bereich von Roboterantrieben eingesetzt werden, weil diese direkt angesteuert und präzise kontrolliert werden können. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Antriebseinrichtungen der beiden Rotationsachsen unabhängig voneinander ansteuerbar.
Die Bewegungs-Bahnkurve der Manipuliereinrichtung der. erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aus der Positionsfolge der 2a bis 2f ersichtlich. Damit der zweite Arm im Bereich der Annäherung an die Übergabe-/Übernahmeposition an dem Stapelgestell mit diesem nicht kollidiert, ist dieser vorzugsweise gekrümmt oder abgewinkelt ausgestaltet, so dass er ggf. den in den Drehbereich ragende Gestellteil passieren kann. Die Ausgestaltung hängt von der räumlichen Situation an der jeweiligen Einsatzposition ab. Ebenso kann auch der erste Arm gekrümmt oder abgewinkelt ausgestaltet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine kontinuierliche Übergabe des Plattenmaterials mit hoher Geschwindigkeit bzw. Frequenz und bei kurzen Taktzeiten, ohne dass die Bewegungsrichtung der Arme zwischen den einzelnen Übergabezyklen umgekehrt werden muss. Durch Synchronisation der Fördergeschwindigkeit des Plattenmaterials zur Übergabeposition an der Fördereinrichtung mit der Drehgeschwindigkeit der Übergabevorrichtung kann ein nahezu kontinuierlicher Übergabevorgang mit konstanter hoher Frequenz erreicht werden.
Durch das Einschwenken der Manipuliereinrichtung bei der Rückbewegung auf der Bahnkurve unter die Transportebene muss der Transport des Plattenmaterials in die Übergabeposition nicht unterbrochen werden sondern kann gleichzeitig mit dem Einschwenkvorgang erfolgen. Dadurch kann die Taktzeit durch Vermeidung von Wartezeiten weiter erheblich verkürzt werden, weil das nächste zu übergebende Plattenmaterialteil auf der Fördereinrichtung nicht auf das Einschwenken der Manipuliereinrichtung in die Übernahmeposition warten muss. Der Zeitgewinn bzw. die Taktverkürzung wird insbesondere dadurch erreicht, dass im Vergleich zum Stand der Technik das nächste zu übergebende Plattenmaterialteil nicht vor der Übernahmeposition angehalten werden muss, weil die Manipuliereinrichtung ohne Behinderung durch das Plattenmaterialteil von der Unterseite der Transportebene her in der Übernahmeposition positioniert werden kann, und zum anderen der Beschleunigungsvorgang des Plattenmaterialteils aus der Warteposition in die Übernahmeposition entfallen kann. Dieser Beschleunigungsvorgang ist hinsichtlich seiner Dynamik dadurch begrenzt, dass das Plattenmaterial nur durch die Schwerkraft auf der Fördereinrichtung gehalten und die Beschleunigung deshalb durch die Reibungskräfte limitiert ist.
Die Begrenzung der Übergabevorrichtung auf die zwei bzw. drei parallelen Haupt-Rotationsachsen (erste und zweite Rotationsachsen 1A, 2A) ermöglicht die Erreichung der hohen Taktfrequenz im Vergleich zu üblichen mehrachsigen Industrierobotern.
In einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform kann die Kinematik der Arme dahingehend geändert sein, dass die Drehung des ersten Arms und des zweiten Arms um die erste bzw. zweite Rotationsachse nicht durchdrehend (wie zuvor beschrieben) sondern bei jedem Übergabezyklus reversierend bzw. alternierend erfolgt. Die erste Achse führt dann eine pendelnde Bewegung aus, während die zweite Achse ebenfalls eine alternierende Schwenkbewegung in jeweils entgegengesetzter Richtung ausführt. Auch bei dieser Variante ist die Bewegungs-Bahnkurve der Manipuliereinrichtung so gewählt, dass diese bei der Rückbewegung in die Übergabe-/Übernahmeposition unter die Transportebene des Plattenmaterials einschwenkt. Die pendelnde Bewegung in einem Winkelbereich um den unteren Totpunkt ist kinematisch und energetisch von Vorteil, weil die Schwerkraft die Beschleunigung und die Verzögerung in den Endstellungen beim Richtungswechsel unterstützt. Die strukturelle Anordnung der Vorrichtung kann derjenigen der ersten Variante entsprechen, wobei lediglich die Antriebseinrichtungen anders angesteuert werden. Die Bewegungs-Bahnkurve der Manipuliereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dieser Variante ist aus der Positionsfolge der 3a bis 3f ersichtlich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde vorstehend zwar anhand einer Vorrichtung mit zwei einzelnen Armen als sogenanntes Monoarmgerät beschrieben. Es ist jedoch möglich, den ersten und den zweiten Arm unter Beibehaltung der Kinematik und sonstigen Struktur im übrigen jeweils in der Form von zwei oder mehreren parallelen und miteinander über eine Traverse starr verbundenen Armteilen auszubilden.
Ferner kann die Manipuliereinrichtung nicht nur an dem zweiten Arm sondern an einem weiteren, mit dem zweiten Arm um eine dritte Rotationsachse beweglich verbundenen weiteren Arm vorgesehen sein.
Die 4a–4f und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der erste Arm länger und abgewinkelt ausgeführt ist, während der zweite Arm deutlich kürzer ausgeführt ist und durch den Abstand zwischen der zweiten Drehachse und einem Rahmen 7, der die Manipuliereinrichtung in Form eines Greiferrahmens trägt, gebildet ist. Die zweite Ausführungsform ist als Doppelarm-Gerät ausgebildet, bei dem der erste und der zweite Arm durch ein paar Armteile 1a, 1b bzw. 2a, 2b gebildet sind, die parallel angeordnet und miteinander über eine Traverse 8a bzw. 8b starr verbunden sind, so dass sie sich synchron bewegen. Dadurch dass der erste Arm an einer relativ nahe an der Bodenfläche befindlichen Position an der Basis gelagert ist, kann er sich um die erste Rotationsachse nicht durchdrehend sondern nur reversierend in einer Pendelbewegung bewegen. Anders als bei der zweiten Variante der ersten Ausführungsform erfolgt die Pendel- bzw. Schwenkbewegung hier nach oben. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Bewegung um die zweite Rotationsachse eine reversierende Bewegung, die der Bewegung um die erste Rotationsachse entgegengesetzt und so gesteuert ist, dass die Manipulationseinrichtung bei der Rückbewegung in die Übergabe-/Übernahmeposition unter die Transportebene des Plattenmaterials einschwenkt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil auch große Plattenmaterialstücke auf der durch die ersten und zweiten Achsen erzeugten Pendel- und Eintauch-Bewegungsbahn bei verkürzten Taktzeiten übergeben werden können. Die Bewegungs-Bahnkurve der Manipuliereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist aus der Positionsfolge der 4a bis 4f ersichtlich.
Obwohl die zweite Ausführungsform als Doppelarmvorrichtung beschrieben wurde, kann auch diese wie die erste Ausführungsform als Monoarmvorrichtung ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1493695 A1 [0003]
DE 4211317 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial in einer Fertigungsanlage, mit einem ersten Arm (1), der um eine erste Rotationsachse (1A) antreibbar ist, mindestens einem zweiten Arm (2), der um eine an dem ersten Arm (1) gelagerte zweite Rotationsachse (2A) antreibbar ist, die zu der ersten Rotationsachse (1A) parallel ist, und einer Manipuliereinrichtung (3) für das zu übergebende Plattenmaterial, die an dem mindestens einen zweiten Arm (2) angeordnet ist und das Plattenmaterial selektiv greifen und freigeben kann.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß Anspruch 1, wobei der ersten Rotationsachse (1A) und der zweiten Rotationsachse (2A) jeweils eine Antriebseinrichtung mit einem Motor, vorzugsweise einem regel- und steuerbaren Elektromotor, zugeordnet ist.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehrichtungen des ersten Arms (1) und des zweiten Arms (2) um die erste bzw. zweite Rotationsachse (1A, 2A) bei einem Übergabezyklus entgegengesetzt zueinander sind.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste und/oder der zweite Arm (1, 2) gekrümmt ist/sind.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Arm (1) und der zweite Arm (2) jeweils mindestens zwei parallel angeordnete und über eine Traverse starr miteinander verbundene Armteile (1a, 1b, 2a, 2b) umfassen.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drehung des ersten Arms (1) und des zweiten Arms (2) um die erste bzw. zweite Rotationsachse (1A, 2A) bei jedem Übergabezyklus reversierend erfolgt.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bewegung des zweiten Arms (2) um die zweite Rotationsachse (2A) so steuerbar ist, dass die Manipuliereinrichtung (3) bei einer Bewegung zu einer Übergabeposition unter eine horizontale Transportebene des für eine Übergabe herangeführten Plattenmaterials eingeschwenkt wird.
Die Vorrichtung zum Übergeben von Plattenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Drehung des ersten Arms (1) und des zweiten Arms (2) um die erste bzw. zweite Rotationsachse (1A, 2A) bei jedem Übergabezyklus durchdrehend erfolgt.