DE10039149A1 - Verfahren und Gerät zur schnellen lagegerechten Zuführung von Teilen - Google Patents

Abstract

Verfahren und Gerät zur schnellen lagegerechten Zuführung von Teilen. Die in falscher Orientierung ankommenden, um den Winkel ALPHA zu drehenden Teile werden in einer ersten Sortierstation mit Sensor zunächst auf eine Parallelbahn ausgeschleust, dort bei jedem Takt in Einzelschritten jeweils um einen Bruchteil des Winkels ALPHA gedreht. Sie sind nach mehreren Takten um insgesamt ALPHA Grad gedreht und werden so in den Teilefluß synchron wieder zurückgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zur schnel­ len lagegerechten Zuführung von Teilen, optional mit Aus­ sortierung von Schlechtteilen.

Ursprünglich chaotisch orientierte Teile müssen für die Be­ schickung von Maschinen gleichartig orientiert zugeführt werden.

Bei vielen Teileklassen (z. B. näherungsweise rotationssym­ metrische Teile wie Bolzen, Schrauben, Stifte) verlassen die Teile die Bereitstellung in nur zwei möglichen Lagearten (z. B. mit Kopf nach vorne oder nach hinten). In diesem Fall besteht die Aufgabe darin, falsch herum orientierte Teile um 180 Grad zu drehen. Es gibt jedoch auch die Aufgabe, ein Teil mehrfach um verschiedene Achsen um 90 Grad, 180 Grad oder andere fest Winkel zu drehen. Die im folgenden aufge­ führten Beispiele betreffen aus Gründen der einfacheren Dar­ stellung eine einzelne Drehung um 180 Grad. Eine entsprechen­ de Realisierung mit anderen Winkeln und eine Kaskadierung mehrerer Drehungen ergibt sich in direkter Weise und wird in den Ansprüchen mit aufgeführt.

Zur lagegerechten Zuführung von ursprünglich chaotisch ori­ entierten Teilen werden bisher grundsätzlich die folgenden Methoden angewandt:

• - Bei Rüttel-/Schwingförderern das Zurückwerfen falsch lie­ gender Teile in den Vorratsbehälter mittels mechanischer Schikanen (Nachteile: aufwendige teilespezifische Entwick­ lung und Erprobung der Schikanen; bei 2 möglichen Lage­ arten durchschnittlich 50% Ausbringung, bei mehreren Lage­ arten noch weniger)
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels allgemeiner Sen­ soren (z. B: Bildverarbeitungssystemen) und Zurückbeför­ dem dieser Teile. (Nachteil: bei 2 möglichen Lagearten durchschnittlich 50% Ausbringung:, bei mehreren Lagearten noch weniger).
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels Sensoren (z. B. Bildverarbeitungssystemen) und mechanisches Orientieren der Teile mittels Robotern oder Handhabungssystemen. (Nachteil: Roboter und Handhabungssysteme sind relativ langsam; daraus ergibt sich eine niedrige Ausbringung).
• - Erkennen falsch liegender Teile mittels Sensoren (z. B. Bildverarbeitungssystemen), Einführen der Teile in Wen­ deeinrichtungen und mechanisches Orientieren um z. B. 180 Grad.

Die letztgenannte Methode hat zwar den Vorteil, daß falsch liegende Teile nicht zurückbefördert werden müssen, die bekannten Wendeeinrichtungen sind jedoch zu langsam für heutige Hochgeschwindigkeitsanforderungen. Auch hat sich die Lösung in der Praxis von Seiten der Mechanik als kritisch herausgestellt: aufgrund der zum Drehen erforder­ lichen Zeit sind große Teileabstände erforderlich und da­ mit hohe Teilegeschwindigkeiten. Das wiederum führt zu mechanischen Problemen (Klemmen in der Wendeeinrichtung) und bei der Erkennung mittels Sensor (schnelle Durchlauf­ erkennung erforderlich; kein Anhalten möglich aus Zeit­ gründen).

Ziel der Erfindung ist es, bei 100% Ausbringung (also ohne Zurückbefördern falsch liegender Teile), mit hoher Geschwindigkeit die Teile lagegerecht zuzuführen bei Ver­ meidung der o. g. Probleme.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:
Die in falscher Orientierung ankommenden Teile werden in einer ersten Sortierstation zunächst auf eine Parallelbahn ausgeschleust, dort um 180 Grad gedreht und in den Teile­ fluß synchron wieder zurückgeführt.

Dieser Ansatz erscheint auf den ersten Blick keine Ände­ rung zu dem ursprünglichen Konzept mit sich zu bringen, hat jedoch bei genauerer Betrachtung einen entscheidenden Vor­ teil, nämlich die Tatsache, daß auf dem parallel geführten Band ausschließlich Teile mit FALSCHER Orientierung vorlie­ gen, so daß für das Drehen der Teile eine "Gruppenlösung" erfolgen kann.

Auf der Bahn mit den zu wendenden Teilen wird ein sog. Wen­ derad 2 eingesetzt. Das Wenden geschieht nun nicht, wie na­ heliegend, in einem Schritt um 180 Grad, sondern schrittwei­ se, z. B. in 10 Schritten (entsprechend 18 Grad). In jedem der Schritte wird ein neues Teil bearbeitet. Das Teil ver­ läßt die Wendeeinheit also erst nach 10 Wendeschritten. Dies klingt kompliziert, hat für die Gesamtausbringung jedoch den wesentlichen Vorteil, daß Zeitverlust nur in den ersten Se­ kunden des Systemanlaufs entsteht, - nämlich bis das Wende­ rad 2 völlig bestückt ist -, danach wird bei jedem 18-Grad- Wendetakt ein Teil ausgebracht und kann synchron in die er­ ste Analysespur zurückgeführt werden. Die pro Ausbringungs­ takt für das Wenden erforderliche Bewegung wurde damit um eine Größenordnung reduziert!

Vor dem Sortieren ist je nach Teileklasse eine Vereinze­ lung erforderlich, insbesondere dann, wenn sich beim nach­ folgenden Sortiervorgang die Teile verhaken können.

Eine Teilezuführung besteht also aus einer Kaskadierung von folgenden Modultypen:

• - Vereinzeln (kann je nach Teileart auch entfallen)
• - Sortieren (kann je nach Aufgabenstellung mehrmals auftre­ ten).
• - Wenden (kann je nach Aufgabenstellung mehrmals auftreten).

Das Sortieren kann entsprechend dem Stand der Technik mit sich hin und her bewegenden Aktoren (Vorwärtsbewegung zum seitlichen Ausbringen; Rückwärtsbewegung erforderlich, um den Aktor in die Ausgangsposition zurückzubringen).

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Sortieren erfindungsgemäß mit einem Sortierrad 4 realisiert, wie im folgenden Absatz gemeinsam mit der Wendeeinrichtung be­ schrieben: Vorteil der Realisierung mit Sortierrad 4 ist, daß eine Rückwärtsbewegung entfällt, da nach der Drehung gleich wieder eine freie Sortierposition zur Verfügung steht.

Eine dementsprechende allgemeine, erfindungsgemäße Realisie­ rung ist in Fig. 1 mit Sortierbereich und Wendebereich dar­ gestellt, wobei in dem gezeigten Beispiel der Transport al­ leine durch die Schwerkraft geschieht:

In der dargestellten Form sitzt das zu sortierende Teil auf dem Wenderad 2 auf; Mit der integrierten Bildauswertung oder einem anderen Sensor 1 (Kamera-Symbol) wird die Lageart des Teils erkannt. Dies geschieht anhand der Teilegeometrie, die oberhalb oder unterhalb des Sortierrades 4 sichtbar ist.

In diesem Beispiel ist eine Gut-Schlecht-Entscheidung direkt in die Sortierung integriert.

Abhängig vom Ausgangssignal des Sensors/der Kameraauswer­ tung 1 wird entweder das Sortierrad 4 in die eine oder in die andere Richtung gedreht, (in die eine Richtung für rich­ tig liegende Gutteile, in die andere für Schlechtteile), für falsch liegende Gutteile wird das Wenderad 2 gedreht so, daß das Teil zum Wenden in die nächste Öffnung des Wenderads 2 fällt.

Muß das Teil zur Sortierung vollkommen sichtbar sein, so ist es auch möglich, das Teil auf dem Sortierrad 4 direkt aufsitzen zu lassen, (es steht zwischen 2 Löchern auf), um es anschließend in 2 Schritten zu drehen (einmal zum Herein­ fallen in das Sortierrad 4, einmal zum eigentlichen Sortie­ ren). Der Lochabstand ist so zu wählen, daß das nächste Teil wieder zwischen die Löcher zu stehen kommt.

Je nach Teileart ist eine Vorvereinzelung erforderlich; dies kann mit konventionellen Mitteln erfolgen oder erfin­ dungsgemäß mit einer Drehrad-Technik, wie in Fig. 2 darge­ stellt.

Fig. 2 zeigt eine reine Vereinzelungseinheit. Diese Einheit arbeitet ebenfalls mit Kamera; das Transportrad dreht sich solange, bis das Teil in Sollposition steht.

Zusammenfassend können wesentliche Vorteile dieser neuen Anordnung genannt werden:

• - Falsch herum liegende Teile werden nicht, wie üblich, aus­ geworfen und in den Vorratsbehälter zurückgeworfen (Ausbeu­ te durchschnittlich 50%), sondern ohne Taktzeitverlust direkt gewendet.
• - Auch größere Teile können ohne Taktzeitverlust gewendet werden, da das Wenden in mehreren kleinen Schritten, pa­ rallel mit dem Sortieren erfolgt.
• - Vereinzeln, Sortieren und Wenden geschehen zu fast 100% gleichzeitig.
• - Der Transport geschieht nur mit Schwerkraft, und ist dem­ entsprechend preiswert.
• - Das Sortieren mit Rädern in der angegebenen Weise führt dazu, daß keine leeren Rückwärts-Bewegungen gemacht werden müssen.
• - Eine Staustrecke ist nicht mehr erforderlich! Der Takt kann in einfacher Weise an den Takt der die Teile abnehmenden Maschine angepaßt werden.
• - Aufgrund der durchweg getakteten Abreitsweise kann die Steuerung der Mechanik und die Bildverarbeitung grundsätz­ lich vom gleichen Rechner übernommen werden.
• - Bilderfassung im Stillstand.
• - Die Anordnung ist MODULAR, mit signifikanten Vorteilen:
  • 1. Vereinzeln, Sortieren und Wenden geschieht mechanisch un­ abhängig voneinander; die betreffenden Stationen können unabhängig voneinander realisiert werden, ohne Taktzeit­ verlust.
  • 2. Die Stationen selbst bestehen alle aus einem Rad und ei­ nem Schrittmotor; die elektrische Ansteuerung ist ein­ heitlich, dies führt zu entsprechender Vereinfachung bei der Benutzerführung zur Systemintegration sowie zu Ko­ stenvorteilen (hoher Gleichteileanteil).
  • 3. Vereinzelungs-, Sortier- und Wendestationen können in beliebiger Anzahl und Reihenfolge kaskadiert werden, ohne Taktzeitverlust. Beispiel: Nachsortierung nach dem Drehen nach weiteren Gesichtspunkten.
  • 4. Aufgrund des einheitlichen Ansatzes ist es möglich, eine für eine bestimmte Teileart zugeschnittene Lösung zu realisieren, alleine durch Auswahl von (ggf. vorge­ fertigten) Standard-Rädern nach Teilung, Lochgröße und Scheibendicke, sowie von Führungsrohren nach Durchmes­ ser.

Claims (10)

1. Verfahren und Gerät zur Sortierung von Teilen nach La­ geart mittels Sensor (z. B. Bildverarbeitungssystem) 1, mit Drehung der falsch liegenden Teile um einen vorgegebenen Winkel ALPHA (typisch 180 oder 90 Grad), mit folgenden Kennzeichen:

• - Zweistufige Sortiermethodik: Die in falscher Orientie­ rung zugeführten Teile werden in einer ersten Sortiersta­ tion zunächst auf eine Parallelbahn ausgeschleust, dort um ALPHA Grad gedreht und in den Teilefluß synchron wie­ der zurückgeführt.
• - Auf der Bahn mit den zu wendenden Teilen wird ein sog. Wenderad 2 eingesetzt. Das Wenden geschieht nun nicht, wie bekannt, in einem Schritt um ALPHA, sondern in mehreren kleineren Einzelschritten, z. B. in 10 Schrit­ ten mit ALPHA/10 Grad. In jedem der Dreh-Einzelschritte wird ein neues Teil bearbeitet. Das Teil verläßt die Wendeeinheit also erst nach z. B. 10*ALPHA Dreh-Einzel­ schritten.

2. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1, mit den folgenden Kennzeichen:
Das zu sortierende Teil schlägt an dem Wenderad 2 an, wie in Prinzipskizze Fig. 1 dargestellt (nicht notwendigerwei­ se mit Schwerkraft); mit der integrierten (Bild)sensoraus­ wertung 1 wird die Lageart des Teils erkannt.
Abhängig vom Ausgangssignal des Sensors/der Kameraaus­ wertung 1 wird entweder die Sortiereinrichtung betätigt (in die eine Richtung für richtig liegende Gutteile, op­ tional in die andere für Schlechtteile), oder das Wende­ rad 2 wird gedreht (falsch herum liegende Gutteile) so, daß das Teil im letzteren Fall zum Wenden in die nächste Öffnung des Wenderads 2 gelangt.

3. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1 und 2, mit den folgenden Kennzeichen:
Wie Anspruch 2, jedoch mit dem folgenden Unterschied:
Das zu sortierende Teil schlägt nicht am Wenderad 2, son­ dern an der Sortiereinrichtung an. Erst nachdem das Aus­ gangssignal des Sensors/der Kameraauswertung 1 zur Ver­ fügung steht, gelangt das Teil in die Mechanik zur Sor­ tierung.

4. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1 bis 3, mit dem folgenden Kennzeichen:
Als Sortiereinrichtung wird ein Sortierrad 4 realisiert, wie in Fig. 1 dargestellt.

5. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport durch Schwer­ kraft erfolgt (Fig. 1).

6. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wie in Fig. 1 dargestellt, die optionale Gut-Schlecht-Sortierung realisiert ist.

7. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1 bis 6, mit einer Vorvereinzelung, gekennzeichnet durch
den Einsatz eines Sensors 5 (z. B. Bildverarbeitungs­ system).
den Einsatz eines abhängig vom Sensorsignal betätigten Drehrads 3 (Beispiel Fig. 2).

8. Verfahren und Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Einsatz von 2 gegenüber liegenden Drehrädern, wobei entweder beide Drehräder 3 angetrieben werden oder nur ein Drehrad angetrieben wird und das andere frei läuft.

9. Verfahren und Gerät nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereinzelungseinheit nahe bei der Sortiereinheit liegt und daß die Sensoren 1 und 5 durch eine einzige Bildauswertungs-Kamera mit entsprechend großem Bildfeld realisiert sind.

10. Verfahren und Gerät nach Anspruch 1 bis 9, gekenn­ zeichnet durch die Kaskadierung mehrerer Einrichtun­ gen nach Anspruch 1 bis 9.