Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen und Abstellen von stoßempfindlichen Platten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum maschinellen Erfassen und versandfertigen Abstellen von stoßempfindlichen Platten unterschiedlichen Formats auf einer Stapelanordnung.

Die Herstellung und der Vertrieb von Platten aus unterschiedlichen Materialien erfordern spezielle Sorgfalt wenn es sich um große und dünne Platten handelt. Ein besonders empfindlicher Werkstoff ist in dieser Hinsicht Glas.

Flachglas, das zu Fensterscheiben oder Autoscheiben verarbeitet wird, ist trotz seiner allgegenwärtigen Selbstverständlichkeit, einer der erstaunlichsten Werkstoffe unserer Zeit. Im Unterschied zu Hohlglas hat es einige Jahrtausende länger gedauert, bis es den Glasmachern im Mittelalter gelang, flache Glastafeln zu erzeugen, die für Fenster verwendet werden konnten.

Die Entwicklung des so genannten Floatglas - Verfahrens im Jahre 1959 war der bislang letzte Meilenstein in der Flachglasherstellung. "Float" bedeutet soviel wie obenauf schwimmen oder treiben. Das Neuartige am Float - Verfahren besteht in dem so genannten „Float - Band „. Es besteht aus geschmolzenem Zinn. Dieses Zinnbad ist etwa 4 bis 8 Meter breit und bis zu 60 Meter lang. Bei diesem Verfahren schwimmt das flüssige Glas auf dem ideal ebenen flüssigen Zinn. Wenn die Glasmasse aus dem Schmelzofen auf das Zinnbad gezogen wird, hat das Zinn eine Temperatur von 1000 ⁰ C. Am Ende des Zinnbades, wenn das jetzt erstarrte Glasband die Zinnwanrie verlässt, liegt die Temperatur des Zinns bei 600 ⁰ C. Zinn ist das einzige Metall, das die für dieses Verfahren notwendigen Voraussetzungen erfüllt, bei 600 ⁰ C bereits flüssig zu sein und bei 1000 ⁰ C noch keinen störenden Dampfdruck zu entwickeln.

Nachdem das erstarrte Glasband nach dem Verlassen der Zinnwanne in die benötigten Formate unterteilt wurde, müssen die so erhaltenen Glasflächen für den Weitertransport gestapelt werden.

Aus der DE -AS 1 259 783 ist eine Vorrichtung zum Ablegen und Wiederaufnehmen von Platten, Tafeln oder dergleichen Gegenständen aus Glas bekannt mit einem gitterförmigen Schwenkrahmen, der in einer horizontalen Stellung mit seinen Trägerstäben zwischen Rollen eines Rollganges greift. Dieser Schwenkrahmen ist aus seiner horizontalen Lage um eine einseitig zum Rollgang gelegene horizontale, zu den Rollenachsen des Rollganges senkrechte, Achse ausschwenkbar und trägt an der, seiner Schwenkachse abgewandten, Seite Greifer zum Halten der Gegenstände. Dieser Vorrichtung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde Gegenstände vom Schwenkrahmen aus einer horizontalen Stellung auf einem Rollgang sowohl in horizontaler Stellung auf einem Kasten, als auch in im Wesentlichen vertikaler Stellung auf einem Gestell seitlich neben dem Rollgang abzusetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist in der DE - AS 1 259 783 vorgesehen, dass als Greifer zumindest eine als Ganzes um eine zur Schwenkachse des Rahmens parallele Achse schwenkbare Greiferzange am Schwenkrahmen angelenkt ist, deren Greiferbacken zur Stütze des Schwenkrahmens symmetrisch gegenläufig beweglich sind und dass der Schwenkrahmen in seiner Ebene und parallel zwischen seinen Trägerstäben angeordnete, zu der seiner Schwenkachse zugewandten Seite hin aus- und einfahrbare Verlängerungsträger aufweist.

Mit dieser bekannten Vorrichtung werden zwar auch stoßempfindliche Platten auf einer Stapelanordnung abgestellt, jedoch erfolgt dieser Vorgang noch ohne die Verwendung eines mehrachsigen Roboterarms.

Aus der De - AS 17 56 787 ist eine Vorrichtung zum Umsetzen von Glastafeln zwischen einem Förderer und einem Lagerbock, auf welchem die die Glastafeln hochkant gestapelt werden, bekannt, bei der im Wesentlichen ein, die zu stapelnden Glastafeln aufnehmender, Stützrahmen, der Halteköpfe für die untere Seite der Glastafeln aufweist, auf einem fahrbaren Schlitten angeordnet ist, wobei die Halteköpfe unter die Auflagerebene der Glastafeln absetzbar sind. Hier stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Entstapeln von Glastafeln zu schaffen, die es ermöglicht, auch bruchempfindliche Glastafeln, die auf einem Lagerbock gestapelt sind, in schneller Folge auf einen Förderer umzusetzen, der die Glastafeln in waagrechter Lage aufnimmt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist in der DE -AS 1766 787 vorgesehen, dass der Stützrahmen oberhalb seiner Quermittellinie frei hängend an einem am Schlitten angeordneten Rahmenträger angelenkt ist und zwischen dem Rahmenträger und dem Stützrahmen eine den Stützrahmen in seiner Neigung der gestapelten Glastafel entgegengesetzten leichten Schrägstellung nachgiebig haltende Haltevorrichtung angeordnet ist, die beim Anstoßen der Halteköpfe eine dadurch eingeleitete Schwenkbewegung des Rahmens über die Senkrechte hinaus zulässt. Hier ist zwar er Stützrahmen ebenfalls frei hängend, jedoch erfolgt der Vorgang des Umladens der Glasplatten im Wesentlichen aus der vertikalen Stellung in eine horizontale Stellung. Auch hier ist keine Greifvorrichtung in der Art eines mehrachsigen Roboters vorgesehen.

Aus der DE 102004 057228 A1 ist als am nächsten kommender Stand der Technik ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stapeln von auf einem Plattenförderer herangeführten Platten, insbesondere Glasplatten, mit hoher Geschwindigkeit, bekannt, dem die Aufgabe zugrunde liegt, eine Möglichkeit zur schnelleren Stapelung solcher Platten zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird im Verfahren nach Anspruch 1 beansprucht, dass an einer Stapelstation die jeweilige Platte durch Erzeugen eines Saugdrucks an der Plattenoberseite etwas vom Plattenförderer abgehoben, sodann unter Beibehaltung des auf die Plattenoberseite wirkenden Saugdrucks ebenfalls an der Plattenoberseite reibschlüssig oder anderweitig erfasst und vom Plattenförderer weg an eine Position über einem Stapeltisch bewegt und dort durch Lösen des Saugdrucks und / oder durch mechanischen Druck auf die Plattenoberseite entgegen der Wirkung der Saugkraft auf dem Plattentisch abgelegt wird, wobei der Stapeltisch nach Ablegen jeder Platte um eine Plattendicke abgesenkt wird.

Die auf dem Stapeltisch abgelegten Plattenstapel können nunmehr von einer nachgeordneten übernahmevorrichtung in der Form eines Horizontalförderers weiterbefördert werden der eine seitlich verfahrbare Gabel mit Zinken aufweist, die zur übernahme des Plattenstapels unter diesen einfahrbar sind und durch Zwischenräume des Stapeltisches den Stapel aufnehmen und sodann von der Stapeltischposition weg verfahrbar sind.

Eine andere Möglichkeit besteht in der Ausgestaltung der übernahmevorrichtung mit Organen zum Erfassen des Plattenstapels an dessen Oberseite. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ausgestaltung der dem Stapeltisch nachgeordneten übernahmevorrichtung derart, dass sie den jeweils aufgestapelten Plattenstapel vom Stapeltisch abnimmt und mit einem übergaberoboter in stehender Position auf ein Stapelgestell überführt, wobei der übergaberoboter einen Greifermechanismus aufweist, der den Plattenstapel Bereich von dessen oberem Rand ergreift. Die letztgenannte Art der Lagerung bietet für den Transport der Plattenstapel an weiterverarbeitende Kunden die besten Möglichkeiten da sie den Zugriff auf Plattenstapel unterschiedlicher Formate ermöglicht. Die Erhöhung der Produktivität erfordert jedoch eine Beschleunigung der Umschlagzeit sowie eine gleichzeitige wünschenswerte Erniedrigung der Bruchrate.

Bei dieser bekannten Stapelvorrichtung weist eine Steuerungsvorrichtung in der Art eines mehrachsigen Roboterarms eine Greifvorrichtung und Mittel zum mechanischen Ergreifen der Platten auf.

Eine besondere Ausgestaltung dieser Greifvorrichtung weist die Vorrichtung aus der DE 10 20004 057 228 A1 nicht auf.

Der vorliegenden Patentanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren anzugeben, die das optimale Stapeln von stoßempfindlichen Platten ermöglicht.

Mehrachsige Robotergreifarme werden in den unterschiedlichsten Bereichen der Technik verwendet und dienen dort, mit den verschiedenartigsten Greifwerkzeugen und Funktionswerkzeugen bestückt, dem automatischen Ablauf der jeweiligen Arbeiten.

Die Vorrichtung ist zur Lösung der ihr zugrunde liegenden Aufgabe über eine spezielle Greifvorrichtung in Verbindung mit einem Roboterarm mit den folgenden Funktionseinheiten ausgestattet:

a) einem integrierten Verschiebeschlitten, b) speziell verstellbaren Klemmbacken,

c) einem pneumatisch verstellbaren Andruckfinger, d) besonderen Lagesensoren und e) einem speziellen Steuerungsprogramm

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher beschreiben. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1: die Bestandteile der Greifvorrichtung im Querschnitt

Figur 2: einige charakteristische Greifvorgänge

Figur 3: die Schwenkzylinder für die Klemmbacken

Figur 4:den Querschnitt einer Klemmbacke

Figur 5: die Verschiebeeinheit der Klemmbacken in der Draufsicht

Figur 6: Details der Verschiebeeinheit in einer Schnittzeichnung

Figur 7: die Funktion in der Fertigungslinie

In der Figur 1 sind im Querschnitt, von der Seite der linken Klemmbacke ( 7 ) her gesehen, Teile der Greifvorrichtung dargestellt.

Das Chassis ( 1 ) der Greifvorrichtung der Vorrichtung ist über den Flansch ( 2 ) mit einem mehrachsigen Roboterarm verbunden, der hierbei nicht dargestellt ist, jedoch in der Zusammenschau aus der Figur 7 zu entnehmen ist.

Mit dem Flansch ( 2 ) ist die Kippplatte ( 8 ) über eine stabile Drehachse D, die in der

Figur 1 im Querschnitt in der Form zweier konzentrischer Kreise dargestellt ist, verbunden und kann über diese Drehachse in Relation zum Flansch ( 2 ) gekippt werden. Die Bewegung dieses Kippvorgangs erfolgt über die Steuerung der

Kippzylinder ( 9 ) die jeweils einer Klemmbacke ( 3 ) bzw. ( 4 ) lagemäßig zugeordnet sind.

Zwischen der, in diesem gezeigten Fall, linken Klemmbacke ( 3 ) und deren

Klemmbackenauflage ( 5 ) wird das zu erfassende Paket der zu befördernden Platten über die Klemmbackenstange ( 7 ) eingeklemmt. Die hierzu aufzuwendende Kraft wird über den Arbeitszylinder ( 12 ) aufgebracht. Die Lage der zugehörenden rechten

Klemmbacke ( 4 ) ist aus der perspektivischen Darstellung der Figur 3 zu ersehen.

Diese rechte Klemmbacke ( 4 ) besitzt einen eigenen weiteren Arbeitszylinder ( 12 ).

Der hydraulisch betätigte Andrückfinger ( 6 ), der auch mehrfach ausgeführt sein kann, stabilisiert die in den Klemmbacken ( 3 ) und ( 4 ) eingeklemmten Platten in ihrer Lage. Dies ist besonders bei großen Platten wichtig und wird bei den Ausführungen zur Figur 2 näher erläutert.

Ein Bestandteil der Vorrichtung sind die integrierten Verschiebeschlitten ( 10 ). Der gesamte Greifer ist über diese, jeder Klemmbacke separat zugeordnete, Verschiebeschlitten ( 10 ) in Bezug zur Ebene des Roboterflansches ( 2 ) unter einem leichten Anstellwinkel geneigt, das heißt leicht nach vorn hängend, befestigt. Diese konstruktive Maßnahme bietet zwei wesentliche Vorteile. Zum einen stellt diese Maßnahme einen Kollisionsschutz dar. Denn bei einer unbeabsichtigten Kollision kann das gesamte Chassis ( 1 ) in einem bestimmten Bereich relativ zu einer bestimmten Position des Roboterarms zurückweichen und sich gleichzeitig um die oben erwähnte stabile Drehachse D drehen. Hierzu müssen lediglich die Verschiebeschlitten ( 10 ) gegen eine einstellbare Federkraft verschoben werden und die durch die Kippzylinder ( 9 ) aufgebaute Gegenkraft überwunden werden.

Zum anderen bietet diese Maßnahme die Möglichkeit zum lagegenauen und sanften Anfahren des Plattenpakets im Greifer an bereits abgestellte Pakete. Hiermit wird erreicht, dass die Pakete einerseits nicht durch unbeabsichtigt hohe Anstellkräfte aufeinander gepresst und zerstört werden, und andererseits die Pakete ohne unerwünschten Zwischenraum hintereinander gestapelt werden können.

Den in der Figur 2 dargestellten charakteristischen Greifvorgängen geht das Heranfahren der Vorrichtung an ein Glaspaket ( 13 ) voraus. Zu diesem Zweck werden die Schlitten ( 10 ) pneumatisch entriegelt, sodass der gesamte Greifer in seiner vorderen, durch die konstruktiv bewirkte Schräge des Flansches ( 2 ) vorgegebenen, über die Schwerkraft stabilisierten, Stellung gehalten wird. Die Klemmbacken ( 3 ) und ( 4 ) werden dann nach oben gedreht und der Greifer auf das zu transportierende Glaspaket ( 13 ) zu bewegt.

Kommt nun der Greifer beim Heranfahren in Kontakt mit dem abgestellten Glaspaket ( 13 ), so schiebt dieses den Greifer, bzw. die Klemmbackenauflagen ( 5 ), entgegen der Fahrtrichtung nach hinten bis die Roboterbewegung gestoppt und die erreichte Position gespeichert wird.

Die Klemmbacken ( 3 ) und ( 4 ) werden nach unten gedreht, das Glaspaket ( 13 ) wird eingeklemmt und über den erreichten Abstand der Klemmbacken zur Klemmbackenauflage wird die Dicke des Glaspakets ( 13 ) ermittelt ( Fig.2,a ) Nach dem Heranführen der zu transportierenden Platten in die Nähe des endgültigen Abstellplatzes werden diese nahezu stoßfrei abgesetzt. Zu diesem Zweck wird nach dem Lockern der Spannzangen ( 3 ) bzw. ( 4 ) die Greifvorrichtung um eine bestimmte Wegstrecke in die Richtung die vom Aufstellort wegführt, zurückgefahren und dadurch wird das Glaspaket ( 13 ) von den Spannzangen um einen kleinen Winkel gekippt. Die jeweilige Wegstrecke die die Greifvorrichtung zurückfährt richtet sich nach der vorher ermittelten Dicke des Glaspakets ( 13 ) und ist programmtechnisch vorgegeben. ( Fig.2,b). Um eine Auffächerung des schräg gestellten Glaspakets ( 13 ) zu verhindern werden ein oder mehrere Andrückfinger ( 6 ) an die unteren Flächenteile des jeweiligen Glaspakets ( 13 ) bewegt. Gleichzeitig wird der Greifer so geschwenkt, dass die Klemmbacken ( 3 ) bzw. ( 4 ) parallel zur Oberfläche des schräg stehenden Glaspakets ( 13 ) ausgerichtet sind ( Fig.2c ). In der Folge wird das Glaspaket ( 13 ) von den Klemmbacken ( 3 ) und ( 4 ) mit einem bestimmten Anpressdruck erfasst und zusammen mit einem Andrückfinger ( 6 ) an die Unterkante der Rückwand des Anstellbehälters gesetzt. Die entsprechenden Lagekoordinaten wurden vorher ermittelt ( Fig.2c ).

Die Klemmbacken werden sodann aus dem Aufstellbereich nach oben verschwenkt und das Glaspaket ( 13 ) von den Klemmbackenauflagen ( 5 ) in die Endposition gedrückt Fig.2e ). Durch dieses verfahren ist gewährleistet, dass die Glasplatten so dicht wie möglich aneinander stehen.

In der Figur 3 sind die Klemmbacken ( 3 ) und ( 4 ) mit ihrer jeweiligen Schwenkvorrichtung dargestellt. Der Schwenkzylinder ( 14 ) ist für den Schwenkvorgang der rechten Klemmbacke ( 4 ), der Schwenkzylinder ( 15 ) für die Verschwenkung der linken Klemmbacke ( 3 ) eingerichtet. In der perspektivischen Ansicht ist weiter die Halterung ( 20 ) des Schwenkzylinders ( 15 ) und ein Teil des Chassis ( 1 ) zu erkennen.

In der Figur 4 sind die im Wirkzusammenhang mit einer Klemmbacke stehenden Funktionselemente dargestellt. Der Arbeitszylinder ( 12 ) bewegt hier über die

Kolbenstange ( 17 ) die betreffende Klemmbacke ( 3 ), bzw. ( 4 ), je nach Bedarf vor oder zurück. Die Dicke des dabei zwischen der jeweiligen Klemmbacke und der betreffenden Klemmbackenauflage ( 5 ) erfassten Glasstapels ( 13 ) wird durch die Dicken - Messeinrichtung ( 16 ) erfasst und datentechnisch weiterverarbeitet.

In der Figur 5 sind die jeder Klemmbacke zugeordneten Verschiebeschlitten ( 22 ) in der Draufsicht zu erkennen. In der linken Darstellung ist der Abstand der beiden Verschiebeschlitten ( 22 ) gering, in der rechten Darstellung ist ein entsprechend größerer Griffbereich der Klemmbacken ( 3 ) und ( 4 ) dargestellt. Auch hier sind die jeweiligen den Klemmbacken zugeordneten Arbeitszylinder ( 12 ) zu erkennen. Beide Verschiebeschlitten ( 22 ) sind auf der Traverse ( 21 ) für die Verschiebeeinrichtung über die Verschiebeschiene ( 23 ) geführt. Die Verschiebeschlitten ( 22 ) sind über die jeweilige Verriegelung ( 18 ) in ihrer Lage fixiert. In der linken als auch in der rechten Darstellung der Figur 5 sind „aufgebrochene Detailzeichnungen" im Bereich der Verriegelungen ( 18 ) gezeigt. Eine dieser Verriegelungen ist in der Seitenansicht der Figur 6 zu erkennen.

Der Einsatz eines Entriegelungsfingers ( 24 ) bewirkt hierbei ein Aufheben der federbelasteten Verriegelung des jeweiligen Verschiebeschlittens ( 22 ) und in Verbindung mit einer entsprechenden horizontalen Bewegung des Roboters ( 29 ) eine Bewegung des Verschiebeschlittens an die gewünschte Stelle. Zu diesem Zweck muss der Greifer in eine statische Umrüstvorrichtung fahren und die Klemmbacken nacheinander in ihrer Breite verstellen. Ein Entfernen des Entriegelungsfingers ( 24 ) fixiert die so erreichte Stellung des jeweiligen Verschiebeschlittens ( 22 ). Die Positionssensoren ( 19 ) registrieren die Stellung der Verschiebeschlitten ( 22 ) und stellen somit die Grundlage für die datentechnische Erfassung ihrer Stellung dar.

Die Figur 6 zeigt Details des Mechanismus der Verschiebung der Klemmbacken in einer Seitenansicht. Zusätzlich ist hierbei der Roboterarm ( 25 ) angedeutet.

In der Figur 7 ist die Position der Vorrichtung im Verbund mit der gesamten Fertigungslinie dargestellt. Auf die Ausrichteinheit ( 26 ) mit der die einzelnen Plattenformate ausgerichtet werden, folgt die Stapeleinheit ( 27 ) und die übergabeeinheit ( 28 ) von der die zum Transport zu richtenden Glaspakete

abgenommen werden. Vom Roboter ( 29 ) können dann die Glasstapel auf verschiedene Stapelgestelle ( 30 ) verteilt werden.

Da es für die Weiterverarbeitung der einzelnen Glasplatten eine große Rolle spielen kann mit welcher Oberseite sie auf dem jeweiligen Stapelgestell ( 30 ) positioniert werden, kann der Roboter ( 29 ) die auf der übergabeeinheit ( 28 ) aufgestellten Platten von der Vorderseite oder der Hinterseite her greifen. Denn jede Glasplatte hat aufgrund ihrer Herstellung auf einem flüssigen Zinnbad eine so genannte Badseite und eine so genannte Luftseite. Für eine nachfolgende Beschichtung, gleich welcher Art, kann meist nur die Luftseite verwendet werden.

Der Greifer kann so schmal gehalten werden, dass die Glaspakete auf drei verschiedene Arten, nämlich von oben und von jeweils einer Seite, gegriffen und zusätzlich noch gedreht werden können, was insgesamt sechs verschiedene Arten des Zugriffs auf die Glaspakete ergibt.

Ist zusätzlich noch eine bestimmte Orientierung von Glasplatten erforderlich, kann dies vom Roboter ( 29 ) durch eine entsprechende Drehung um 90 Grad in der Vertikalen berücksichtigt werden.

Die Greifvorrichtung kann zur Gewichtsersparnis aus leichtgewichtigen Materialien wie zum Beispiel Aluminium, GFK oder Titan bestehen. Das somit eingesparte Gewicht kann in der Folge für eine elektromechanische Verschiebevorrichtung der Schlitten ( 22 ) investiert werden. Dies ermöglicht ein schnelleres Verstellen der jeweils benötigten Klemmbacken - Breite.

Zur schnelleren Erfassung von unterschiedlichen Plattenformaten können auch zwei lösungsgemäße Vorrichtungen verwendet werden, wobei eine solche Vorrichtung bevorzugt für das Erfassen von größeren Paketen eingerichtet ist, und eine andere dagegen für das Erfassen von kleineren Platten.

Das Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, sowie ein maschinenlesbarer Träger zur Speicherung des Computerprogramms mit dem entsprechenden Programmcode sind ebenfalls Bestandteil der Lösung.

Bezugszeichenliste

( 1 ) Chassis

( 2 ) Flansch für Roboterarm

( 3 ) linke Klemmbacke

( 4 ) rechte Klemmbacke

( 5 ) Klemmbackenauflage

( 6 ) Andrückfinger

( 7 ) Klemmbackenstange

( 8 ) Kippplatte

( 9 ) Kippzylinder

( 10 ) Verschiebeschlitten

( 11 ) Schiene

( 12 ) Arbeitszylinder für Klemmbacken

( 13 ) Glaspaket

( 14 ) rechter Schwenkzylinder für Klemmbacken

( 15 ) linker Schwenkzylinder für Klemmbacken

( 16 ) Dicken - Messeinrichtung

( 17 ) Kolbenstange eines Arbeitszylinders

( 18 ) Verriegelung

( 19 ) Positionssensoren

( 20 ) Halterung eines Schwenkzylinders

( 21 ) Traverse für die Verschiebeeinrichtung

( 22 ) Verschiebeschlitten

( 23 ) Verschiebeschiene

( 24 ) Entriegelungsfinger

( 25 ) Roboterarm, Steuerungsvorrichtung

( 26 ) Ausrichteinheit

( 27 ) Stapeleinheit

( 28 ) übergabeeinheit

( 29 ) Roboter

( 30 ) Stapelgestell