DE4111889C2 - Handhabungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung mit im kartesischen Koordinatensystem in x- und y-Richtung verlaufenden servopneumatischen Lineareinheiten und in z-Richtung bewegbarem Werkzeughalter.

Derartige Handhabungsvorrichtungen wie sie z. B. allgemein und auch spezifisch in DE-Z: Robotersysteme 1, 1985, Seiten 111-119 beschrieben wurden, dienen u. a. als sogen. industrielle Roboter, z. B. in der Montagetechnik, zum Bestücken von Leiterplatten für elektronische Schaltungen. Das einen Gegenstand von einer Ausgangsstation in eine Sollstation transportierende Werkzeug muß diesen Gegenstand nicht nur schnell, sondern vor allem auch genau in die Sollstation transportieren. Besondere Eigenschaften solcher kartesischer Handhabungsvorrichtungen sollten daher schnelle Arbeitsweise, Genauigkeit und eine gewisse Zugänglichkeit zu den auf der Arbeitsfläche befindlichen Objekten sein.

Die Schnelligkeit solcher Vorrichtungen, d. h. die Erhöhung der Taktzeiten, kann nur durch geringere Verfahrgewichte der bewegbaren Vorrichtungsbaugruppen, also des Kraftabnehmerschlittens, bzw. durch Verringerung des Baugewichts der Linearantriebe gesteigert werden. Die Genauigkeit (Toleranzen) wird einerseits durch entsprechende Steuerungen und andererseits durch eine zuverlässige Führung in den Linearantrieben bestimmt. Durch Portalbauweise kann über die im kartesischen System bewegten Linearantriebe eine gewisse Unzulänglichkeit entstehen, die nachteilig ist.

Es ist ein industrieller Roboter mit in dem kartesischen Koordinaten-System betätigbaren Linearantrieben bekannt (EP-B1-0 111 565), dessen Linearantriebe nach einem uneinheitlichen System zusammengebaut sind. So befindet sich an dem x-Linearantrieb an einer Seitenplatte des Kraftabnehmerschlittens eine auskragende Stütze, auf der der y-Linearantrieb gelagert ist. Eine solche Handhabungsvorrichtung baut jedoch schwer und hoch und gestattet keine Vereinheitlichung der Zuordnungs-Bauteile zwischen den Linearantrieben. Nachteilig ist außerdem, daß pro Linearantrieb in x- und y-Richtung nur ein einziges Werkzeug in z-Richtung vorhanden sein kann. Die Linearantriebe sind daher nur mit mäßiger Geschwindigkeit, mit mittelmäßiger Genauigkeit und daher nur mit relativ niedrigen Taktzeiten zu betreiben.

Es ist außerdem eine Portalanordnung bekannt (DE 36 29 367 C2), bei der parallele Portalträger als Führungen in y-Richtung ausgebildet sind, zwischen denen eine in z-Richtung verlaufende Senkrechtführung vorgesehen ist, die an einer die Parallelseiten verbindende x-Führung gelagert ist. Durch eine Stromschiene bedingt, ist nur ein elektrischer Antrieb in den x-y-z-Richtungen möglich. Derartige Handhabungsvorrichtungen sind somit für die Bestückungstechnik, Montagetechnik, in der eine hohe Anzahl von Bauteilen pro Zeiteinheit verarbeitet werden muß, wenig geeignet.

Dem Gegenstand des Anspruchs 1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung zu schaffen, die möglichst große Arbeitsräume bei möglichst geringen Auslegerlängen schafft und die die Voraussetzungen für kürzere Taktzeiten bei vermindertem Verfahrgewicht der Linearantriebe aufweist, einen besser zugänglichen Arbeitsraum besitzt und in der Lage ist, ggf. mehr als einen Werkzeugkopf aufzunehmen.

Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs bezeichneten Handhabungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei parallel angeordnete und ein Portal bildende Lineareinheiten jeweils einen in x-Richtung verfahrbaren Kraftabnehmerschlitten aufweisen, daß jedem Kraftabnehmerschlitten der x-Lineareinheiten ein mit diesem verfahrbarer Führungsschlitten auf der jeweils anderen x-Lineareinheit zugeordnet ist, daß an jedem Kraftabnehmerschlitten und seinem zugehörigen Führungsschlitten der x-Lineareinheiten eine an deren Unterseite angeordnete und in y-Richtung verlaufende Lineareinheit mit ihrem Antriebsgehäuse befestigt ist, daß an jedem Kraftabnehmerschlitten der y-Lineareinheiten ein in z-Richtung in Bezug auf eine Arbeitsfläche bewegbarer Werkzeughalter angeordnet ist.

Mit der Erfindung wird der Weg freigemacht, in y-Richtung mehrere Linearantriebe vorzusehen, so daß auch mehrere Werkzeughalter ohne Störung in x-Richtung angeordnet werden können. Kurze Taktzeiten (hohe Dynamik) werden hierbei durch Einsparung an Gewicht von Befestigungsteilen erzielt, und bei entsprechender Höhenanordnung des y-Linearbetriebs ist eine verbesserte Zugänglichkeit in bezug auf die Arbeitsfläche gegeben. Außerdem ist eine große Steifigkeit auch bei größeren Arbeitsräumen gewährleistet.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die servopneumatische Lineareinheit einen Kolben aufweist, der mittels beidendig an diesem befestigtem, abgedichtet aus einem Zylinderraum heraus- und über beidendig im Antriebsgehäuse angeordnete Umlenkrollen geführtem und an dem Kraftabnehmerschlitten festgelegtem Zugband den Kraftabnehmerschlitten bewegt.

Eine so ausgebildete Handhabungsvorrichtung ist besonders gewichtssparend und für eine Taktfrequenz sowie für große Hublängen geeignet.

Die Handhabungsvorrichtung ist in einer einzigen perspektivischen Darstellung gezeigt.

Ausgehend von dem kartesischen Koordinaten-System xyz verlaufen Linearantriebe 1 und 2 in x-Richtung. Es kann auch nur einer der Linearantriebe 1 oder 2 vorhanden sein. Die Linearantriebe 1 und 2 selbst bestehen aus Kolben-Zylinder-Einheiten, z. B. aus kolbenstangenlosen Arbeitszylindern, aus pneumatisch bzw. servopneumatischen Steuerungen, aus einem elektrischen Gleich- oder Wechselstrom-Antrieb als Linearmotore und sind hierbei mit Getriebevariationen, wie z. B. einem umlaufenden Zahnriemen, einem feststehenden Zahnriemen, einer Zahnstange oder einer Spindel gebildet.

Jeder Linearantrieb 1 und 2 weist einen Kraftabnehmerschlitten 3 auf, der als Träger und Antrieb für einen in y-Richtung verlaufenden Linearantrieb 4 oder 5 dient, wobei ein y-Linearantrieb 4 bzw. 5 außerdem noch einen Werkzeughalter 6 trägt, der gegen eine Arbeitsfläche 7 an- und wegstellbar oder auch zusätzlich oder separat drehbar ist.

Eine Verbindung von x-Linearantrieben 1 bzw. 2 mit y-Linearantrieben 4 bzw. 5 erfolgt über jeweils einen angetriebenen Kraftabnehmerschlitten 3, wobei ein Antriebsgehäuse 8 mittels durchgehender Schrauben 9 und 10 verbunden ist. An einem weiteren Kraftabnehmerschlitten 11 ist der sich in z-Richtung erstreckende Werkzeughalter 6 angeordnet.

Der Werkzeughalter 6 besteht hier aus einem durch ein Druckmedium angetriebenen und gesteuerten Oberteil 12 mit Medienanschlüssen 13 und aus einem teleskopartig am Oberteil 12 geführten Unterteil 14, das ebenfalls mit mehreren Medienanschlüssen 15 ausgestattet ist. An dem an- und wegstellbaren bzw. drehbaren Schaft 16 sind im Ausführungsbeispiel Saugnäpfe 17 eingesetzt. Es ist einfach, für andere benötigte Greifer geeignete Werkzeuge zu schaffen, die jeweils an das zu verarbeitende Werkstück angepaßt sind.

Die Werkzeuge 6 und die y-Linearantriebe 4 bzw. 5 werden durch die x-Linearantriebe 1 bzw. 2 auf jeweils einem Querholm 18 abgestützt. Jedem Ende 19 der Arbeitsfläche 7 ist ein Portalrahmen 20 mit derartigen Querholmen 18 zugeordnet.

Es ist besonders vorteilhaft, als y-Linearantriebe 4 und 5 jeweils übereinander angeordnete Parallel-Linearachsen 21 vorzusehen, von denen sich eine im Antriebsgehäuse 8 und die andere darunter befindet. Jede Parallel-Linearachse 21, die zusammen mit dem Linearantriebsgehäuse 8 einen Rechteckquerschnitt 22 bildet, besitzt dadurch vertikale Seitenflächen 23, an denen in y-Richtung die Kraftabnehmerschlitten 11 verlaufen.

Für die gezeichnete Ausführungsform eignen sich servopneumatische Linearantriebe 1, 2, 4 und 5, bzw. für die Linearachse 21 eignen sich Antriebe mit einem Kolben 24, der über ein beidendig befestigtes Zugband 27, das abgedichtet aus einem Zylinderraum 25 herausgeführt und über an den Zylinderköpfen 28 angeordnete Umlenkrollen 26 umgelenkt ist, mit dem Kraftabnehmerschlitten 3 verbunden ist.

Die Zylinderköpfe 28 weisen entweder nach oben gerichtete Medienanschlüsse 29 auf (y-Linearantriebe 1 bzw. 2) oder nach der Seite gerichtete Medienanschlüsse 29 (y-Linearantriebe 4 bzw. 5). Dasselbe gilt für die Parallel-Linearachsen 21. Die Zylinderköpfe 28 sind jeweils mittels Winkelstücken 30 auf den Querholmen 18 befestigt.

Eine Besonderheit ergibt sich für die x-Linearantriebe 1 und 2. Diese können zusätzliche Führungsschlitten 31 aufweisen, die nicht angetrieben sind und bei den beiden x-Linearantrieben 1 und 2 jeweils auf die Position des gegenüberliegenden Kraftabnehmerschlittens 3 eingestellt sind. Hierzu sitzen jeweils ein Kraftabnehmerschlitten 3 und ein Führungsschlitten 31 auf einer gemeinsamen Lagerplatte 32 und sind über die Schrauben 9 und 10 mit dem y-Linearantrieb 4 bzw. 5 mit dem jeweiligen Antriebsgehäuse 8 verbunden. Sowohl Kraftabnehmerschlitten 3 als auch der Führungsschlitten 31 ist jeweils auf einem Längsprofil 33 des Linearantriebs 1 und 2 geführt.

Claims (2)

1. Handhabungsvorrichtung mit im kartesischen Koordinatensystem in x- und y-Richtungen verlaufenden servopneumatischen Lineareinheiten und in z-Richtung bewegbarem Werkzeughalter, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei parallel angeordnete und ein Portal bildende Linear­ einheiten (1; 2) jeweils einen in x-Richtung verfahrbaren Kraftabnehmerschlitten (3) aufweisen,
daß jedem Kraftabnehmerschlitten (3) der x-Lineareinheiten (1; 2) ein mit diesem verfahrbarer Führungsschlitten (31) auf der jeweils anderen x-Lineareinheit zugeordnet ist,
daß an jedem Kraftabnehmerschlitten (3) und seinem zugehöri­ gen Führungsschlitten (31) der x-Lineareinheiten (1; 2) eine an deren Unterseite angeordnete und in y-Richtung verlaufende Lineareinheit (4; 5) mit ihrem Antriebsgehäuse (8) befestigt ist,
daß an jedem Kraftabnehmerschlitten (11) der y-Lineareinhei­ ten (4; 5) ein in z-Richtung in Bezug auf eine Arbeitsfläche bewegbarer Werkzeughalter (6) angeordnet ist.

2. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die servopneumatische Lineareinheit (1, 2, 4, 5) einen Kol­ ben (24) aufweist, der mittels beidendig an diesem befestig­ tem, abgedichtet aus einem Zylinderraum (25) heraus - und über beidendig im Antriebsgehäuse (8, 33) angeordnete Umlenkrollen (26) geführtem und an dem Kraftabnehmerschlitten (3, 11) fest­ gelegtem Zugband (27) den Kraftabnehmerschlitten (3, 11) be­ wegt.