Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an einem Roboter ein

Spritzgussmaschine, wobei der Roboter einen, mit einer programmierbaren

Steuer- und Regeieinheit versehenen, Handhabungsautornaten mit seinen Achsen und einen, vorzugsweise schwenkbaren, Entnahme-Greifer umfassi und die Spritzgussmaschine einen Arbeitsraum, insbesondere einen Form-Offnungsraum für die Entnahme von Spritzgießartikel aufweist

Spritzgussmaschinen werden typischerweise für die Massenproduktion von Teilen verwendet, wobei die Geometrie der Teile von einem eingebauten Werkzeug, der Form, bestimmt wird. Somit eignet sich eine Spritzgussmaschine je nach Größe und Ausstattung für die Produktion unterschiedlicher Spritzgussteiie. Für einen möglichst konstanten Betrieb der Spritzgussmaschine und damit qualitativ

hochwertige Teileprodukiion Ist der Einsatz von Robotern für den automatisierten Betrieb üblich,

Spnizgussmaschinen weisen baubedingte Hindernisse, wie Schutzeinhausungen, Holme oder ähnliches, auf, die beim ßewegungs-Ablaufprogramm vom Roboter zur eigentlichen Spritzgussmaschine berücksichtigt werden müssen.

Um Kollisionen nach Möglichkeit zu vermeiden, kommen unterschiedliche

Hardware- und Softwarelösungen zum Einsatz.

So Ist aus der DE 40 03 372 C ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Bewegung einer Spritzgussform und eines Handhabungsgerätes beschrieben. Um die Öffnungs- und Schließbewegung einer Spritzgussform und die Ein- und Ausfahrbewegung eines Greifwerkzeuges für die Abnahme des Formteils In möglichst optimaler Weise durchzuführen, wird die Öffnungsbewegung der Form und die Ausfahrbewegung des Greifers positions- und geschwindigkeitsabhängig über Sensoren erfasst. Wetters weist die DE 198 47 740 C darauf hin, dass bei Kunststoff- Spritzgussmaschinen grundsätzlich das Problem besteht, dass das Greifwerkzeug zwischen zumindest zwei Formwerkzeuge ein- und ausfahren rouss, um ein hergestelltes Werkstück zu entnehmen und/oder ein Einlegeteil in den

Formhohlraum einzulegen. Dies bedeutet, dass sich die Bewegungsbahnen der beiden Werkzeuge zumindest teilweise überlappen können. Dementsprechend müssen die Bewegungen der beiden Werkzeuge aufeinander abgestimmt sein, um Kollisionen zu verhindern, wozu zwei sich kreuzende Sewegungsbahnen entsprechend aufeinander abgestimmt werden. Dabei wird die Bewegung des ersten bewegbaren Bauteils in Abhängigkeit eines einen Bewegungszustand des zweiten bewegbaren Bauteils präsentierenden Freigabesignals gestartet.

Aus der DE 1 1 2005 002 486 B4 ist eine TransSations- und Schwenkvorrichtung bekannt bei der darauf hingewiesen wird., dass für die Entnahme eine so genannte Störkontur freigehalten werden muss, um eine Entnahme des gefertigten Produktes zu ermöglichen. Nachteilig ist hierbei, dass keinerlei Überwaehungsmoglichkeiten für den Bereich innerhalb der Störkontur vorhanden ist, so dass bei einer plötzlich auftretenden Behinderung innerhalb der Störkontur die Vorrichtung, insbesondere der Greifer, in die Behinderung hinein fährt und somit die Anlage zum Stillstand bringt.

Die EP 1 150 821 81 beschreibt eine Formschließeinheit für eine

Spritzgussmaschine mit einem kurzen Arbeitshub sowie einem längeren

Wartungshub, bei der insbesondere CD hergestellt werden. Darin wird ausgeführt, dass eine weitere zentrale Funktion in der Produktion die Entnahme, insbesondere die CD-Entnahme, ist. Dabei wird (EP 1 150 821 B1 ; Flg. 6) ein Entnahmeroboter mit einem Roboterarm, einem Saughaltekopf sowie einer daran gehaltenen CD gezeigt. Der Entnahmeroboter hat einen eigenen Antriebsmotor und ist als Entnahme-Einheit fest mit dem Maschinenbett verbunden. Wichtig ist dabei eine Koordinierung des Bewegungsablaufes des Roboterarmes und der

Kurzhubbewegung der Formöffnung. Die Koordination erfolgt Im Millisekunden- Bereich und ist durch geeignete Sensoren gesichert, damit unter keinen

Umständen eine Kollision der bewegten Teile eintritt. Nachteilig ist hierbei, dass zwar auf die Koilisionsvermeidung aufmerksam gemacht wird, jedoch wie diese verhindert werden kann, wird nicht geoffenbart.

Aus der EP 2. 918 378 A ist ein Verfahren zum Finden des Weges in einem 5 automatisierten Handhabungssystem beschrieben. Dabei sind entsprechende Mittel zur Koilisionsvermeidung angeordnet, um in den Arbeitsbereichen entsprechende Objekte zu erfassen.

Weiters sind bereits aus anderen Technologien Systeme bekannte, die über H ⁾ Sensoren die Umgebung auf eventuelle Behinderungen abtasten und Schritte unternehmen, um Kollisionen zu vermeiden. Beispielsweise ist ein derartiges System aus der DE. 10 201 1 0QÖ 536 A bei einem selbstfahrenden Gerät bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen unterbrechungsfreien Betrieb von i 5 Spritzgießmaschinen zu gewährleisten, so dass sowohl die Quantität wie auch die Qualität erhöht werden.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst

20 Die erfindungsgeroä.ße Einrichtung an einem Roboter ist dadurch gekennzeichnet, dass am Handbabungsauto aten. insbesondere an einer Achse und/oder am Entnahme-Greifer, mindestens eine Individuell, einstellbare Abstands- esseinrichtung angeordnet ist, die zur Definition und/ode Festlegung des koilisionsfreien Arbeltsraumes ausgebildet ist und dass diese AbStands-- 5 Messeinrichtung im Betrieb der Spritzgussmaschine zum Überwachen des

koilisionsfreien Arbeitsraumes für den Handhabungsautomaten, insbesondere im Form-Öffnungsraum, dient. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich dem

Roboter, den Bereich in dem er sich kollisionsfrei im Betrieb bewegen kann, einerseits vor Aufnahme des Spritzguss-Betriebes und auch während dieses

30 Betriebes einzugeben bzw. zu überwachen.

Wie ja bekannt ist, können Schäden an der Mechanik durch fehlerhafte Bedienung des Roboters vermieden werden. Den koilisionsfreien Arbeitsbereich händisch einzugeben ist aufwändig und fehieranfäüig. Den Arbeitsbereich mit einer Kamera zu erfassen ist nicht wirtschaftlich und teuer. Welters ist es teuer, den

Arbeitsbereich mit mehreren Sensoren, die nicht am Roboter, sondern an der Umgebung montiert sind, zu erfassen, weil viele Sensoren benotigt werden.

Gemäß der Erfindung fahren quasi die Sensoren mit dem Roboter mit, wodurch weniger Sensoren benötigt werden und der Betrieb wirtschaftlicher und auch Kostengünstiger geführt werden kann. Es können beispielsweise günstigere, weniger weit messende Sensoren verwendet werden: Der Roboter bewegt sich im Einrichtbetrieb langsam und bewegt sich in die Nähe der Koilislonsobjekte. Diese können in dieser Zelt leicht und genau erfasst werden, weil der Roboter nahe kommt und langsam fährt.

Wenn dem Roboter einmal sein kollisionsfreier Arbeitsraum bekannt ist, kann der Roboter bereits im Vorfeld die Bahn überprüfen bzw. korrekt errechnen.

Gernäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Abstands- esseinrichtung zur Erfassung des Abstandes vom Hanühabungsautomaten und/oder Entnahme-Greifer zu baubedingten Hindernissen, wie Holme und/oder Schutzeinhausungen oder zur, vorzugsweise bewegbaren, Werkzeughälfte mit dem Werkstück, angeordnet und der Messwert der Abstands-Messeinrichtung ist der Steuer- und Regeleinheit zuführbar. Holme und die Schutzeinhausungen der Spritzgießmaschine, über die der Roboter mit dem gegriffenen Teil, also dem gefertigten Spnizgusstell, fahren rnuss, sind die ganz typischen und jedesmal vorhandenen Probsemstellen bei einer Spritzgießappiikation. Kollisionen sind somit unbedingt, zu vermeiden.

Zusätzlich zur typischerweise immer vorhanden Formsicherung kann mittels dem Abstandsensor eine zusätzliche Sicherheit durch Erkennen der geschlossenen Formhälfte eingebracht werden. In Ausnahmefällen kann es vorkommen, dass die Formsicherung, durch ihre verstellbare Nocken-Leisten, falsch eingestellt wurde. Nach einem weiteren Merkmai der Erfindung sind mehrere Abstands- esseinrichtungen vorgesehen, wobei die Abstands-Messsirecke vorzugsweise in allen Richtungen des Koordinatensystems vorgesehen ist. Mit dieser

Ausgestaltung ist es möglich, dass beispielsweise Sensoren auch am oberen Ende der vertikalen Achse angebracht werden, wodurch niednge Räume oder ein Kran erkannt werden kann, der mitunter den Arbeitsbereich kreuzt.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Abstands- Messeinrichtung eine Lichtlaufzeit-Messeinrichtung, insbesondere ein Time-of- FMght (TOF) -Sensor. Derartige Sensoren sind am Markt derart günstig zu erwerben, dass für jedes Produkt und somit für jeden Roboter oder Greifer, der oder die fixierten Sensoren mitgetauscht werden können. Die Steuer- und

Regeleinheit kann am Handhabungsautomaten über eine Verbindung

unverrückbar angebracht sein. Auch der Produktwechsel kann schneller durchgeführt werden, da ja der TOF-Sensor bereits am Greifer angeordnet ist. Der TOF-Sensor ist günstig und ausreichend genau, weil der Roboter in die Nähe der Koüisionsobjekte fährt und sie vermessen bzw, abtasten kann.

Nach einer alternativen Lösung der Erfindung ist die Abstands- essein ichtung eine Laser-Messeinrichtung, die entsprechend dem Triangulator-Prlnzip rolsst Bei diesem Prinzip fällt ein Lichtstrahl in leichtem Winkel auf die Referenzflache und wird in einem spitzen Winkel reflektiert und trifft dadurch an einer vom

Ausgangspunkt leicht versetzten Steile wieder am Sensor ein. Der Abstand wird dam über die Dreiecksgeometrie errechnet. Neben dem Wegfall der

produktabhängigen Justierung des Sensors, kann dadurch die Messgenauigkeit erhöht werden. Dadurch, dass der Laser mit dem Roboter oder Greifer auf die geöffnete Formplatie zufährt, wird der zu messende Weg verkleinert. Die

Auflösung kann daher bei gleichbleibendem Wertebereich bezogen auf eine in Stufen reduzierte Maximaldistanz erhöht werden,

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Verbindung von der AbStands- Messeinrichtung zur Steuer- und Regeieinhelt eine draht- und kabeliose

Datenverbindung, wobei die Sensorplatine des TOF-Sensors mit einer Batterie versorgt ist. Damit entfällt eine .Kabelverbindung von der Abstands- esseinrlchtung zur Steuer- und Regeleinheit, wodurch ein Wechsel oes Greifers sehr vereinfacht wird. Darüber hinaus wird durch die kabeiiose Verbindung eine Stör- oder Fehlerquelle für den Betrieb vermieden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung von der Abstands- Messeinrichtung zur Steuer- und Regeleinheit eine draht- und kabellose

Datenverbindung, wobei die Sensorplatine des TOF-Sensors auf Basis Energy- Harvesiing oder inetio Energy-Harvesting versorgt ist Dazu darf bemerkt werden, dass der Sensor Im üblicherweise wechselbaren Greifer untergebracht Ist und dann benötigt er bei kabelloser Datenverbindung und kabelioser Versorgung keine steckbare Kabelverbindung zur Kommunikation mit der Steuer- und

Regeleinheit. Es ist auch Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Nutzung eines

kollisionsfreien Arbeitsraumes, insbesondere des Form-Öffnungsraumes, für den Entnahme-Greifer eines Handhabungsautomaten einer Spritzgussmachine unter Verwendung einer Einrichtung gemäß den obigen Ausführungen zu schaffen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur

Programmierung und/oder zum Definieren und/oder Ermitteln und/oder ^' Festiegen des Kollisionsfreien Arbeitsraums der Steuer- und Regeleinheit des

Handhabungsautomaten die Basis-Parameter, wie beispielsweise

Umschlagstrecke bzw. Entnahmestreeke, Offnungsweg der Spritzgussmaschine über ein Lernverfahren (teac vln) und beispielsweise Größe, Form, Gewicht, Lage und Oberflächenstruktur des Werkstückes empirisch ermittelt und eingegeben werden und dass im Betrieb der Spritzguss naschlne, beispielsweise zum

Umschlag bzw. zur Hantierung und Transport von Werkstücken, insbesondere zur Entnahme von Spritzgießartikeln aus einer Spritzgussmaschine bei Eintritt des Handhabungsautomaten in den Form-Öffnungsraum, Abstands-

Messeinrichtungen aktiviert werden oder sind und der Abstand und/oder der Weg bis zum Erfassen bzw. Ansaugen bzw. Ablage des Werkstückes kontinuierlich bzw. permanent gemessen wird und der Messwert der programmierbaren Steuer- und Regeleinheit zugeführt wird und bei Erreichen eines Undefinierten oder unvorhergesehenen Abstandes die Vorwärtsbewegung des

Handhabungsauiomaten, vorzugsweise In einem Bremsvorgang, gestoppt wird. Das erfmdungsgemäSe Verfahren basiert darauf dass bei einer Annäherung des 5 Roboters oder Greifers an ein Hindernis der Abstand oder der Weg gemessen wird. Der Abstand wird kontinuierlich oder permanent ge nessen. Bei Erreichen eines einstellbaren Wertes des Abstandes Wird die Bewegung des

Handhabungsautomaten über die Steuer- und Regeleinheit verlangsamt und zwar bis zum Stoppen bei der Berührung vom Werkstück. Durch diese flexible, jedoch i ö genaue, Annäherung des Roboters oder Greifers im Formöffnungsraum Ist die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Maschine minimiert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die maschinenbezogenen Messdaten mit den Abstands- essein chtungen am Handhabungsaufomaten und

15 die werkzeugabhängigen Messdaten mit den Abstands-Messeinrichtungen am Entnahme-Greifer ermittelt. Ein eventuell bereits vorhandenes System zum Erkennen der FomvÖffnungs-Position bzw. der Stapeiposttton kann auch verwendet werden u n Teile des kollisionsfreien Arbeitsraums, insbesondere den Form-Öffnungsraum zu ermitteln. Der koiltsionsfreie Arbeitsraum kann auch aus 0 einzeln aktivierbaren und deaktivierbaren Räumen bestehen. Beispielweise ist das Fahren in den Form-Offnungsraum nur erlaubt, wenn die Spritzgießform offen ist. Innerhalb des Form-Öffnungsraums ist das Verfahren in den Auswerferbereich, beispielsweise zum Einlegen von zu umspritzenden Teilen, nur erlaubt, wenn die Auswerfer nicht ausgefahren sind.

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Ob ein nur zeitweise kollisionsfreier Arbeitsraum kollisionsfrei betreten werden kann, kann durch die Abstands- esseinrichtung, vorzugsweise am Entnahme- Greifer, ermittelt werden. 0 Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ermittelt der Roboter durch eine Seibstparametrierung den kollisionsfreien Arbeitsraum. Durch dieses

Merkmal lässt man den Roboter den Arbeitsraum selbst abtasten. Der Roboter fährt vorsichtig in alle Richtungen und ermittelt den kolilsionsfrelen Arbeitsraum, Der Benutzer kann dies auf Knopfdruck starten und muss nicht wester eingreifen. Am Ende steht der koiiislonsfreie Arbeitsraum zur Verwendung zur Verfügung.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Form-Öffnungsraum einer Spritzgussmaschine mit dem Roboter bzw. Handhabungsautomaten. Gemäß der Flg. Ist schematisch über ihre vier Führungsholme 1 , dem

Deckenträger 2, der horizontalen Trägerachse 8 und der nicht dargestellten Schutzbehausung dieser Type die Spritzgussmachine definiert. In dem

kollisionsfreien Form-Öffnungsraum vi soll sich der Roboter , oder auch als Handhabungsautomat bezeichnet, mit seinen Achsen 5, 8, der vertikal, beweglichen Achse 5 sowie der horizontal sich beweglichen Achse 6 und einem Entnahme-Greifer 7 bewegen.

Der Roboter 4 ist mit einer programmierbaren Steuer- und Regeleinheit versehenen, die an sich die Achsen 5, 6 und den Entnahmegreifer 7 steuert bzw. regelt Mit der vorgenannte Steuer- und Regeleinheit erfolgt ein Signaiaustausch mit der Spritzgussmaschine . wobei der Signaiaustausch die für den Arbeitsraum, insbesondere den Form-Öffnungsraum 3, für die Entnahme von Spritzgießartikel die entsprechenden Funktionen steuert oder regelt. Am Entnahme-Greifer 7 sind die Anschlüsse für die Entnahme-Saugnäpfe 1 1 vorgesehen.

Um nun diesen kollisionsfreien Form-Öffnungsraum 3 koilisionsfrei durchfahren zu können, ist am Handhabungsautomaten, Insbesondere mindestens an einer seiner Achsen 5 oder 8 und/oder am Entnahme-Greifer 7. mindestens eine individuell, einstellbare Abstands- esseinhchtung 9 angeordnet. Im Zusammenwirken mit der Steuer-und Regeleinheit sind die Abstands-Messeinrichtungen 9 zur Definition und/oder Festlegung des kollisionsfreien Arbeitsraumes ausgebildet. Eventuelle Gefahren-Abstände sind mit und Pfeil angedeutet. Ferner dienen diese Abstands- Messeinrichtungen 9 im Betrieb der Spritzgussrnaschine zum Überwachen des koHisionsfreien Arbeifsraumes für den Handhabungsautomaten, insbesondere den Form-öffnungsraum 3. Auf den Achsen 5, 6 sowie am. vorzugsweise schwenkbaren, Greifer 7 des

Handhabungsautomaten bzw. Roboters 4 sind die Abstands-Messeinrichtungen 9, beispielsweise jeweils ein TOF-Sensor, zur Erfassung des Gefahren-Abstandes vorn Greifer 8 zum nächsten Hindernis oder Schutzbehausungskante angeordnet. Der Messwert, aiso der Abstand vom Hindernis zur Abstands-Messeinrichtung 9 des einfahrenden Handhahungsaulomat 4 wird permanent der Steuer- und Rege!einheit zugeführt

Die Abstands-Messeinrichtung 9 ist Insbesondere eine Lichtlaufzeit- Messeinrichtung, Insbesondere ein Tiroe-of-Hight (TOP) -Sensor.

Eine alternative Lösung wäre, die Abstands-Messeinrichtung 9 als Laser- Messeinrichtung vorzusehen, die entsprechend dem Trianguiator-Prinzip rnisst.

Wie bereits dargelegt, sind die Abstands- vlesseinrichtungen 9 zur Erfassung des Abstandes vom Handhabungsautomaten und/oder Entnahme-Greifer 7 zu baubedingten Hindernissen, wie Holme 1 und/oder Schutzeinhausungen oder zur, vorzugsweise bewegbaren, VVerkzeughäifte mit dem Werkstück, angeordnet. Der Messwert, der Abstands-Messeinrichtung 9 ist der Steuer- und Regeleinheit zuführbar. Natürlich können auch mehrere Abstands-Messeinrichtungen 9 vorgesehen sein, wobei die Abstands-Messstrecke vorzugsweise in allen

Richtungen des Koordinatensystems vorgesehen ist.

Die Verbindung von der Abstands-Messeinrichtung 9 zur Steuer- und Regeleinheif oder der Sensor-Auswerteeinheit ist vorzugsweise eine draht- und kabellose Datenverbindung, wobei die Sensorplatine des TOF-Sensors mit einer Batterie versorgt ist. Als alternative, elegante Lösung konnte die Verbindung von der Abstands-Messeinrichtung 9 zur Steuer- und Regeleinheit eine draht- und kabellose Datenverbindung sein, wobei die Sensorplaiine des TOF-Sensors auf Basis Energy-Harvesting oder Kinetic-Energy-Harvesting versorgt wird.

Bei einer Annäherung des Greifers 7 an ein Hindernis wird die Vorwärtsbewegung des Handhabungsautomaten bzw. Roboters 4, vorzugsweise in einem

Bremsvorgang, gestoppt. Der Messwert zur Verarbeitung könnte bereits im Sensor oder in der Steuer- und Regeleinheft digitalisiert wird.

Zur Programmierung der Steuer- und Regeleinheit des Roboters bzw. des Handhabungsautomaten 4 werden die Basis-Parameter, wie beispielsweise

Umschlagstrecke bzw. Entnahmestrecke, Öffnungsweg der Spritzgussmaschine über ein Lernverfahren (teach-in) und Größe, Form, Gewicht, Lage und

Oberflächenstruktur der Spritzgussmaschine empirisch ermittelt und eingegeben.