專利名稱：用于操作安裝在操作器械處的工具的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作機(jī)床(Werkzeugmaschine)的操作器械，例如多軸式的工業(yè)機(jī)器人，帶有至少一個活動的鉸接臂，在它的自由端處布置有用于帶有工具的工具架的主軸驅(qū)動件。
背景技術(shù)：
隨著自動化程度的提高，機(jī)器人更多地被用作機(jī)床，其中，至少一個活動的機(jī)器人臂在它的自由端處裝備有主軸驅(qū)動件，主軸驅(qū)動件用作對于相應(yīng)保持在工具架中的工具的驅(qū)動。當(dāng)自動化地使用機(jī)器人時，工具更換可能存在障礙(Huerde)，即通常從工具存儲系統(tǒng)中取出的相應(yīng)必須的工具的配備。起初，工具存儲系統(tǒng)被應(yīng)用在用于加工中心的機(jī)床范圍中。工具存儲系統(tǒng)被用以準(zhǔn)備不同的工具(這意味著根據(jù)結(jié)構(gòu)、加工方法和/或用于相應(yīng)加工步驟的尺寸)。這些所謂的工具存儲系統(tǒng)提供優(yōu)點(diǎn)，即對于工具更換，設(shè)備操作員或管理員不是必須進(jìn)入到該設(shè)備中或到該過程中以便執(zhí)行工具更換。常用的工具存儲系統(tǒng)或者根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施或者而它們作為特別解決方案設(shè)置用于特別用途。此處理由在于，工具存儲系統(tǒng)是不可擴(kuò)展的或者難以擴(kuò)展。但是這也意味著，工具的布置不可自由選擇。在機(jī)床技術(shù)中以及對于操作器械，應(yīng)用工具存儲系統(tǒng)以便利用不同的工具或操縱器執(zhí)行不同的用途或者生產(chǎn)方法。工具存儲系統(tǒng)由各個工具存放臺組成。存放臺的布置由機(jī)床的傳統(tǒng)或者由對設(shè)備的要求產(chǎn)生。工具存儲系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)影響工具存放臺的布置或設(shè)計(jì)。工具存放臺一方面可實(shí)施成使得工具僅僅被存放并且通過自身重量(這意味著通過重力)或者通過存放臺的結(jié)構(gòu)保持在位置上。但工具通過優(yōu)選地可遠(yuǎn)程操作的夾具保持在位置中也可能是必須的。這種夾具可以是氣動、電動或液壓操作的。除此之外，為了執(zhí)行對于工具存放臺可能的裝夾方法，通常需要至少一個供應(yīng)線路以及帶程序邏輯電路的控制部以進(jìn)行它的操作。

發(fā)明內(nèi)容
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的目的在于，使開頭所提到的類型的用作機(jī)床的多軸式的工業(yè)機(jī)器人能夠快速并且工作可靠地進(jìn)行工具更換以及說明用于操作所指出的可能性的方法。該目的根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1的標(biāo)明的特征而實(shí)現(xiàn)。由此設(shè)置成，活動的鉸接臂使主軸驅(qū)動件運(yùn)動到指定的工具存放臺，在此處鉸接臂拾取存放在那里的配備有相應(yīng)工具的工具架或?qū)⑵浯娣旁谄渲?。?dāng)繼續(xù)提到工具時，始終指的是工具和工具架的單元。工具架一方面準(zhǔn)備聯(lián)接到主軸驅(qū)動件處，優(yōu)選地自動聯(lián)接，而另一方面設(shè)置成拾取每個工具，帶有工具的工具架在一定程度上形成結(jié)構(gòu)單元。這里有利的是，已經(jīng)已知的工具存放臺在本發(fā)明的另外的改進(jìn)方案中以模塊化的方式設(shè)計(jì)。這意味著，它可與一個或更多個類似的工具存放臺一起構(gòu)造成工具存儲系統(tǒng)，工具存儲系統(tǒng)由一個或多個用作機(jī)床的操作器械促動(anfahren)和使用。根據(jù)本發(fā)明的另外的改進(jìn)方案，相應(yīng)的模塊化的工具存放臺的工具接收部可匹配為存放而相應(yīng)設(shè)置的工具。在根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案中，匹配也可由此確保，即模塊化的工具存放臺的工具接收部為了匹配為存放而相應(yīng)設(shè)置的工具是可更換的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式，每個模塊化的工具存放臺裝備有工具實(shí)時傳感裝置，其檢測相關(guān)的工具存放臺的加載情況并且顯示出來。由此確保，尤其當(dāng)總的工具更換被程序控制地執(zhí)行時，相關(guān)的操作器械使在它的鉸接臂處的主軸驅(qū)動件不會為了拾取工具運(yùn)動到空的工具存放臺，或者操作器械不嘗試在已經(jīng)被占用的工具存放臺處存放配備有工具架的主軸驅(qū)動件。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，每個模塊化的工具存放臺具有兩體式主體、兩個夾鉗以及由一個或多個彈簧組成的用于作用于夾鉗的彈簧裝置。在此，兩體式主體同時也提供對可擺動運(yùn)動的夾鉗的引導(dǎo)部，夾鉗借助于同樣設(shè)置的彈簧可在閉合方向上彼此作用。彈簧裝置在此不僅可同時作用于兩個夾鉗而且可設(shè)置成使得每個夾鉗獨(dú)立于另一個被作用，這意味著每個夾鉗配有至少一個彈簧。在此，彈簧可構(gòu)造為盤簧、板簧、螺旋彈簧或者必要時也可為壓力彈簧或拉力彈簧。優(yōu)選地在本發(fā)明的另外的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置成，操作器械用于工具更換，也即用于工具拾取或者用于工具存放，軌道控制地或力控制地促動指定的工具存放臺。在此有利的是，用于工具更換的操作器械到達(dá)在指定的工具存放臺處的取出位置或轉(zhuǎn)移位置，其中，由于固有的誤差，對于小的局部的偏差給予很好的補(bǔ)償可能性。此外根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施形式設(shè)置成，操作器械在取出位置中利用主軸驅(qū)動件鎖止或取出存放在工具存放處中的工具保持件。這意味著，操作器械和與工具架一定程度上連接成一體的被拾取的工具形成單元。對應(yīng)地對于工具更換設(shè)置成，用于存放工具的操作器械駛到指定的工具存放處， 將與主軸驅(qū)動件連接的工具保持件存放在其中，然后松開鎖止并且從工具存放臺離開(這意味著在沒有工具保持件的情況下)。根據(jù)本發(fā)明原理上每個工具架都可使用，其中，工具架匹配相應(yīng)規(guī)定的主軸驅(qū)動件-工具架-標(biāo)準(zhǔn)，例如ISO或HSK0同樣也可設(shè)置成，由操作器械操縱的工具拾取部通過它的引導(dǎo)部分以及它的夾鉗的相應(yīng)更換可匹配其它的主軸驅(qū)動件-工具架-標(biāo)準(zhǔn)，例如ISO或HSK。在此，相關(guān)的部分， 也即相應(yīng)的引導(dǎo)部分和優(yōu)選地簡單地與工具拾取部連接的兩個夾鉗可容易地松開。此外也給出一種方法，根據(jù)該方法，裝備有主軸驅(qū)動件和聯(lián)接在其處的工具架的操作器械與模塊化設(shè)計(jì)的工具存放臺根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)共同作用。相應(yīng)地，還給出一種用于自動操作由布置在操作器械的鉸接臂的自由端處的主軸驅(qū)動件保持的工具保持件的方法，當(dāng)工具更換時，工具保持件設(shè)置成存放在模塊化的工具存放臺中，根據(jù)本發(fā)明其特征在于，工具保持件由操作器械軌道控制地或力控制地運(yùn)輸?shù)街付ǖ墓ぞ叽娣排_并且與之相接合，對于工具交換，也即對于工具存放，主軸驅(qū)動件在工具保持件中的鎖止被松開并且操作器械的主軸驅(qū)動件離開相關(guān)的工具存放臺。以相同的方式，該方法也用于自動操作布置在操作器械的鉸接臂的自由端處的主軸驅(qū)動件。當(dāng)工具更換時，主軸驅(qū)動件設(shè)置成用于在模塊化的工具存放臺處拾取工具保持件。按照根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案，主軸驅(qū)動件由操作器械軌道控制地或力控制地運(yùn)輸?shù)街付ǖ哪K化的工具存放臺，被引入和提升到位于其中的工具保持件中并且與工具保持件相接合，緊接著為了工具拾取，主軸驅(qū)動件在工具保持件中鎖止并且主軸驅(qū)動件連同由操作器械以力配合和形狀配合的方式連接在其上的工具保持件離開相關(guān)的工具存放臺。對根據(jù)本發(fā)明的上文描述的方法過程進(jìn)行補(bǔ)充，在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，用于自動操作由操作器械操作的工具架的更換的方法特征在于，操作器械的運(yùn)動過程的執(zhí)行手動地或者借助于程序化的控制而實(shí)現(xiàn)。在此特別有利的是，每個手動的接合能夠保持，這是因?yàn)橛梢环矫媾鋫溆泄ぞ叩牟僮髌餍岛土硪环矫婀ぞ叽娣盘幮纬傻南到y(tǒng)按照它的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)彼此自動起作用。
概括地再次簡短指出關(guān)于本發(fā)明的重要的方面。操作器械例如帶主軸驅(qū)動件的工業(yè)機(jī)器人可認(rèn)為是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。主軸驅(qū)動件裝備有手動的或自動的工具更換器。本發(fā)明的內(nèi)容是由上文提到的操作器械和帶有標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械接口 (schnittstelle)的模塊化的工具存放臺組成的系統(tǒng)，工具存放臺在沒有附加的能量供應(yīng)的情況下也能夠使用。以模塊化的工具存放臺為基礎(chǔ)，工具存儲系統(tǒng)單獨(dú)通過標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械接口可組織和擴(kuò)展。機(jī)械接口在此實(shí)施成使得各個工具存放臺可彼此連接并且由此工具存放器可任意擴(kuò)展。通過模塊化，工具存放臺的數(shù)目可自由選擇。工具存放臺的模塊結(jié)構(gòu)可適應(yīng)于不同的主軸驅(qū)動件-工具架-標(biāo)準(zhǔn)，例如HSK或 ISO。在此，僅僅必須更換模塊化的工具存放臺的接收部。工具存放臺不需要附加的能量供應(yīng)來使工具保持在位置中。集成的工具實(shí)時傳感裝置的信號通過程序進(jìn)行被處理并且通過編程者-操作器械的圖像化的界面(HMI-人機(jī)界面)提供給操作員關(guān)于工具存放臺的實(shí)際的狀態(tài)諸如關(guān)于相關(guān)的工具的情況，已知例如關(guān)于磨損或它的測定。此外還設(shè)置成，對于操作器械的工具更換，相應(yīng)的狀態(tài)顯示在圖像化的操作員界面上。在此尤其設(shè)置成可檢測工具的存放地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，它的相應(yīng)大小或尺寸、因?yàn)槟p它的使用壽命或者它的更換時刻，使得這些數(shù)據(jù)隨時可由操作員獲得。此外補(bǔ)充地，當(dāng)?shù)竭_(dá)工具的磨損極限時可發(fā)出警報(bào)，警報(bào)造成引入對應(yīng)的措施。本發(fā)明的這些和另外的有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。


根據(jù)本發(fā)明的在附圖中顯示的實(shí)施示例，詳細(xì)說明和描述本發(fā)明、本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案以及本發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)。其中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的工具存放臺從上面看的斜視圖；圖2顯示當(dāng)存放工具時在三個不同位置中的根據(jù)圖1的工具存放臺以及圖3顯示當(dāng)拾取工具時在三個不同位置中的根據(jù)圖1的工具存放臺。
具體實(shí)施例方式在圖1中顯示根據(jù)本發(fā)明的工具存放臺10從上面看的斜視圖。它具有由成兩部分14、16組成的主體12，在其中可擺動運(yùn)動地布置有鏡像對稱的兩個夾鉗18。主體12具有帶倒角的矩形基本結(jié)構(gòu)，倒角為由多個根據(jù)本發(fā)明的工具存放臺10 形成的工具存儲器的模塊化的結(jié)構(gòu)提供最好的必要條件。主體12的下部14形成兩個夾鉗18的擺動基礎(chǔ)，兩個夾鉗18被主體12的上部16。此外，在主體12中布置有未詳細(xì)顯示的彈簧裝置，其作用于兩個夾鉗18到閉合位置中。由此，夾鉗18的腳平行于主體12的側(cè)棱伸延。在主體12的前面的入口側(cè)處引導(dǎo)部分20布置到主體12的上部16處，引導(dǎo)部分 20設(shè)有半圓狀的支圈(Tragkranz) 22，其用作對存放在工具存放臺10中的工具的支撐套和引導(dǎo)部。半圓狀的支圈22相應(yīng)地在兩個夾鉗18的內(nèi)側(cè)處的對應(yīng)的模制部M中延續(xù)。夾鉗18在它的自由端處設(shè)有標(biāo)明為導(dǎo)入斜邊(Einfuehrfase) 28的斜面，其提供夾鉗18的壓力控制的打開和由此到工具存放臺10的入口以及設(shè)置成被存放在工具存放臺10中的工具的安全的拾取。最后，在主體12的上部16處當(dāng)中布置有加載傳感器或?qū)崟r傳感器沈，其當(dāng)工具存放到工具存放臺10中時由工具激活并且因此指示工具存放臺10的加載情況。兩個夾鉗18在閉合位置中各限制大約八分之一圓，其中，在夾鉗18的彼此面向的自由端之間設(shè)置有間隙，其用于工具的存放或者位于工具存放臺10中的工具的拾取。如果使用其它的工具架類型，利用本發(fā)明將引導(dǎo)部分20以及兩個夾鉗18完全與匹配新的工具架類型的這些進(jìn)行更換沒有絲毫困難。接下來根據(jù)圖2應(yīng)該描述工具更換，更確切地說，是存放過程。當(dāng)對于工具更換初始化時，工業(yè)機(jī)器人行駛到在工具存儲器附近至或者根據(jù)程序的選擇或者根據(jù)手動的選擇選取的工具存放臺10的位置中。工業(yè)機(jī)器人攜帶配備有工具的在主軸驅(qū)動件處的工具架軌道控制地或力控制地直線行駛至工具存放臺10。夾鉗18裝備有用于相應(yīng)工具架類型的引導(dǎo)輔助件。在自由端處設(shè)有工具架30的機(jī)器人臂壓向在夾鉗18處的導(dǎo)入斜邊觀并且由于工業(yè)機(jī)器人的力作用夾鉗18打開。夾鉗18和彈簧的布置設(shè)置成使得工具存放臺10在導(dǎo)入過程中在側(cè)向的偏移(Versatz)中可以存在一定的誤差。工具架30在引導(dǎo)部22J4上滑動到工具存放處中。由于彈力，夾鉗18關(guān)閉并且由此將工具架30固定在它的位置中。工具實(shí)時傳感裝置26報(bào)告“工具存在”并且該報(bào)告在例行程序中被再加工并且對于操作員顯示為可見的。主軸驅(qū)動件在松開集成的鎖止之后使工具架30自由并且工業(yè)機(jī)器人行駛到安全的位置。通過彈力夾鉗被閉合直到最終位置并且由此對于工具更換確保工具架30的可重復(fù)的和安全的存放位置和拾取位置。現(xiàn)在就工具的拾取過程來描述工具更換的過程。當(dāng)工具拾取初始化時，工業(yè)機(jī)器人攜帶空的主軸驅(qū)動件行駛到工具存儲器中的取出位置。待取得的工具的選擇可以通過程序地或者通過由操作員的選擇實(shí)現(xiàn)。工業(yè)機(jī)器人軌道控制地或力控制地直線行駛到取出位置。主軸驅(qū)動件鎖止工具架并且從工具存放處10 中駛出。在此工具架30對夾鉗18施壓并且克服彈簧的閉合力。彈簧和夾鉗18的布置允許側(cè)向的誤差。當(dāng)工具架30的最大直徑克服夾鉗18時，夾鉗18通過彈力再次閉合。工具實(shí)時傳感裝置26報(bào)告“沒有工具存在”，該報(bào)告在例行程序中被再加工對于操作員顯示為可見的。工業(yè)機(jī)器人攜帶在主軸驅(qū)動件中的工具架行駛到安全的位置并且等待從操作員方面的另外的輸入或者在程序流程中繼續(xù)。附圖標(biāo)記清單
10工具存放臺
12主體
14下部
16上部
18夾鉗
20引導(dǎo)部分
22半圓狀的支圈
24夾鉗處的模制部
26實(shí)時傳感器
28導(dǎo)入斜邊
權(quán)利要求
1.一種用作機(jī)床的操作器械，尤其是多軸式的工業(yè)機(jī)器人，其帶有至少一個活動的鉸接臂，在所述鉸接臂的自由端處布置有用于帶有工具的工具架的主軸驅(qū)動件，其特征在于，所述操作器械使布置在所述鉸接臂處的所述主軸驅(qū)動件運(yùn)動到指定的工具存放臺，在所述工具存放臺處，所述主軸驅(qū)動件拾取帶有工具的所述工具架或?qū)⑺旁诖颂帯?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作器械，其特征在于，所述工具存放臺以模塊化的方式設(shè)計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作器械，其特征在于，相應(yīng)的模塊化的所述工具存放臺的工具接收部能夠匹配為存放而相應(yīng)設(shè)置的所述工具。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的操作器械，其特征在于，模塊化的所述工具存放臺的工具接收部為了匹配為存放而相應(yīng)設(shè)置的所述工具而能夠更換。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，每個模塊化的工具存放臺裝備有工具實(shí)時傳感裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操作器械，其特征在于，所述工具實(shí)時傳感裝置檢測相關(guān)的所述工具存放臺的加載情況并且顯示出來。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，每個模塊化的工具存放臺具有兩體式主體、兩個夾鉗以及用于作用于所述夾鉗的彈簧裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械為了工具更換，也即為了工具拾取或者為了工具存放，而軌道控制地或力控制地促動指定的所述工具存放臺。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械為了工具更換而直線駛到在指定的所述工具存放臺處的取出位置或轉(zhuǎn)移位置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械在所述取出位置中利用所述主軸驅(qū)動件鎖止或取出存放在工具存放處中的工具保持件。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械為了存放工具而駛到指定的所述工具存放處，松開鎖止并且在沒有工具保持件的情況下離開，其中，在所述工具存放中，存放與所述主軸驅(qū)動件連接的所述工具保持件。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，所述工具架能夠匹配相應(yīng)規(guī)定的主軸驅(qū)動件-工具架-標(biāo)準(zhǔn)，例如ISO或HSK。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，所述工具拾取在所述夾鉗的布置方面和在所述夾鉗的旋轉(zhuǎn)或擺動點(diǎn)以及所述彈簧裝置的作用點(diǎn)方面能夠?qū)崿F(xiàn)誤差補(bǔ)償。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的操作器械，其特征在于，由所述操作器械操縱的所述工具接收部通過它的引導(dǎo)部分以及它的夾鉗的相應(yīng)的更換能夠匹配其它的主軸驅(qū)動件-工具架-標(biāo)準(zhǔn)，例如ISO或HSK。
15.一種用于自動操作由布置在操作器械鉸接臂的自由端處的主軸驅(qū)動件而保持的工具保持件的方法，當(dāng)工具更換時，所述工具保持件設(shè)置成存放在模塊化的工具存放臺中，其特征在于，所述工具保持件由所述操作器械軌道控制地或力控制地運(yùn)輸?shù)街付ǖ乃龉ぞ叽娣排_并且與之相接合，對于工具更換，也即對于工具存放，所述主軸驅(qū)動件在所述工具保持件中的鎖止被松開并且所述操作器械的主軸驅(qū)動件離開相關(guān)的所述工具存放臺。
16.一種用于自動操作布置在操作器械的鉸接臂的自由端處的主軸驅(qū)動件的方法，當(dāng)工具更換時所述主軸驅(qū)動件設(shè)置成用于在模塊化的工具存放臺處拾取工具保持件，其特征在于，所述主軸驅(qū)動件由所述操作器械軌道控制地或力控制地運(yùn)輸?shù)街付ǖ哪K化的所述工具存放臺，并且下降到位于其中的所述工具保持件中，并與所述工具保持件相接合，為了工具拾取，所述主軸驅(qū)動件在所述工具保持件中鎖止，并且所述主軸驅(qū)動件連同通過所述操作器械以力配合和形狀配合的方式連接在其上的所述工具保持件離開相關(guān)的所述工具存放臺。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的用于自動操作由操作器械操作的工具架的更換的方法，其特征在于，所述操作器械的運(yùn)動過程的執(zhí)行手動地或者借助于程序化的控制而實(shí)現(xiàn)。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的用于自動操作由操作器械操作的工具架的更換的方法，其特征在于，在所述操作器械方面所述工具更換的相應(yīng)的狀態(tài)顯示在圖像化的操作員界面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，工具的存放地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所述工具的相應(yīng)的大小或尺寸、磨損導(dǎo)致的它的使用壽命或者它的更換時刻被檢測并且隨時可由操作員獲得。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，當(dāng)?shù)竭_(dá)工具的磨損極限時，發(fā)出警報(bào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用作機(jī)床的操作器械，例如多軸式的工業(yè)機(jī)器人，帶有至少一個活動的鉸接臂，在它的自由端處布置有用于帶有工具的工具架(30)的主軸驅(qū)動件，其中，鉸接臂使主軸驅(qū)動件運(yùn)動到指定的工具存放臺(10)，在此處鉸接臂拾取設(shè)有工具的工具架或?qū)⑵浯娣旁谄渲?，以及一種用于執(zhí)行自動操作的方法。
文檔編號B25J15/04GK102202837SQ200980140335
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者R·克拉平格, S·格法特 申請人:Abb股份公司