In der Praxis ist es bekannt, daß mehrachsige Manipulatoren, insbesondere mehrachsige Industrieroboter, Werkstückträger oder Greifeinrichtungen mit ein oder mehreren Werkstücken halten und führen. Die Positioniergenauigkeit hängt von der Bahngenauigkeit und der Steifheit des Roboters ab.

Aus der Praxis sind ferner Drehtische als Positioniervorrichtungen für Werkstücke bekannt. Die Werkstücke müssen hierbei umgespannt und auf dem Drehtisch positioniert werden. Sie können dann von einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden. Nach Beendigung des Prozesses müssen die Werkstücke wiederum umgespannt und weitertransportiert werden. Anstelle von Drehtischen werden auch Drehtrommeln oder Drehwändepositionierer eingesetzt. Diesen Geräten ist außerdem der Nachteil zu eigen, daß sie wegen ihrer beschränkten Kinematik auch keine optimale Prozeßlage und-orientierung für die Werkstücke bieten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur besseren und genaueren Positionierung von Werkstückträgern oder Werkstücken aufzuzeigen, welche von einem mehrachsigen Manipulator gehalten und geführt werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.

Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung bietet eine wesentliche Verbesserung der Positioniergenauigkeit. Der Manipulator stützt den Werkstückträger oder das Werkstück an der Positioniervorrichtung ab. Zudem hat die Positioniervorrichtung eine Aufnahmevorrichtung, die eine bewegliche Abstützung mit ein oder mehreren Bewegungsachsen erlaubt. Dadurch kann der Manipulator den Werkstückträger oder das Werkstück in unterschiedlichen Lagen orientieren, ohne die Abstützung der Positioniervorrichtung zu verlassen. Das Werkstück kann dadurch in verschiedene bearbeitungsgünstige Lagen gebracht werden.

Bei einem Schweißprozeß kann das Werkstück z. B. zumindest weitgehend in einer für das Schweißbad günstigen Wannenlage gehalten werden. Zudem ergibt sich eine bessere Zugänglichkeit für die zugeordneten Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere für Arbeitsroboter. Durch die Positioniereinrichtung und die zusätzliche Werkstückabstützung kann der Manipulator oder Positionierroboter höher belastet und in gewissen Bereichen auch gezielt und kontrolliert bis an die Sicherheitsgrenze belastet werden. Zudem ist es möglich, daß in einem verketteten Zellensystem eine Weitergabe des Werkstücks beziehungsweise Werkstückträgers in die Folgezellen geschehen kann. Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung läßt sich in Verbindung mit unterschiedlichsten Werkstückbearbeitungsprozessen und Bearbeitungseinrichtungen einsetzen. Hierbei ergeben sich auch Vorteile für die Qualitätssicherung.

Von besonderem Vorteil ist eine mehrachsige Orientierung über eine als Prisma oder Konus ausgebildete Zentrieraufnahme. Diese bietet eine Orientierungsmöglichkeit in drei Schwenkachsen. Durch

zusätzliche translatorische Bewegungsachsen kann auch eine sechsachsige Orientierungs-und Positionierungsmöglichkeit geschaffen werden. Dies bietet besondere Vorteile bei der Einhaltung der optimalen Bauteillage auch bei gekrümmten Bahnen durch synchrones Verfahren des Manipulators und des Arbeitsroboters.

Wenn das Werkstück an einem Werkstückträger gespannt ist und mit diesem positioniert wird, kann über den Werkstückträger auch der Werkstücktransport realisiert werden. Dabei können Umspannarbeiten entfallen. Die Automationsflexibilität steigt. Wartungsarbeiten am Werkstückträger können offline geschehen, wodurch die Anlagenverfügbarkeit steigt. Ferner ist eine zeitliche Entkoppelung des manuellen Einlegevorgangs vom Bearbeitungsvorgang möglich. Bei Verwendung unterschiedlicher Werkstückträger ist zudem ein Typenmix ohne größeren Aufwand möglich. Hierbei werden die Werkstückträger über standardisierte Werkzeugwechsler an- bzw. abgekoppelt.

Die Erfindung ermöglicht es ferner, die Bearbeitungsschritte und damit die Zahl der zu durchlaufenden Bearbeitungsstationen zu reduzieren. Durch die bessere Orientierungsmöglichkeit von Manipulator und Arbeitsroboter können eine größere Zahl von Bearbeitungsschritten mit den gleichen Werkzeuggeometrien erledigt werden. Dies ist unter anderem auf die bessere Zugänglichkeit des Werkstücks zurückzuführen. Hierbei ist es insbesondere günstig, wenn der Werkstückträger vom Manipulator und der Positioniervorrichtung an zwei weit auseinanderliegenden und einander gegenüberliegenden Stellen gefaßt und abgestützt wird. Die bessere Zugänglichkeit und die damit verbundene höhere Prozeßgenauigkeit kommen auch einer höheren Qualität von Maßhaltigkeit der Werkstücke zugute. Letztendlich läßt sich auch eine Qualitätssicherung durch geometrisches

Abtasten des Werkstückträgers mit gespanntem Werkstück in einer separaten Meßposition und durch ein nachfolgendes Abtasten des Werkstücks nach Werkstückträgerdes beziehungsweise ein Abtasten des Werkstückträgers ohne Werkstückerreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen : Figur 1 : einen Manipulator mit einem Werkstückträger, einem Werkstück und einer Positioniereinrichtung in einer schematischen Seitenansicht und Figur 2 : eine Draufsicht auf eine Anordnung gemäß Figur 1 in Verbindung mit einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere einem Arbeitsroboter.

Figur 1 zeigt schematisch eine Bearbeitungsstation (17), beispielsweise eine Bearbeitungszelle, die Bestandteil einer Anordnung von mehreren Stationen oder Zellen sein kann. In der Station oder Zelle (17) befindet sich mindestens ein Manipulator (2), der einen Werkstückträger (6) mit einem positionsgenau aufgespannten Werkstück (8) hält und führt. Zudem beinhaltet die Station oder Zelle (17) eine Positioniereinrichtung (1), an der der Manipulator (2) den Werkstückträger (6) während des Bearbeitungsvorganges abstützt. Zudem können sich in der Station oder Zelle ein oder mehrere Bearbeitungsvorrichtungen (5), beispielsweise mehrachsige Arbeitsroboter, befinden, die das gehaltene und geführte Werkstück (8) in beliebig geeigneter Weise mit ein oder mehreren Werkzeugen (16) bearbeiten.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mehrachsige Manipulator (2) als Schwerlast-Positionierroboter mit sechs oder mehr Achsen ausgebildet. Der Manipulator oder Positionierroboter (2) hat eine Hand (3) in einer angeflanschten Wechselvorrichtung (4), mittels derer er den Werkstückträger (6) lösbar hält. Der Werkstückträger

(6) besitzt mindestens einen Anschluß (7) zur Verbindung mit der Wechselvorrichtung (4) beziehungsweise dem Manipulator oder Positionierroboter (2). Der Anschluß (7) ist vorzugsweise randseitig am Werkstückträger (6) angeordnet. Hierdurch wird der Werkstückträger (6) vom Manipulator oder Positionierroboter (2) im wesentlichen fliegend gehalten und geführt.

Die Positioniereinrichtung (1) besteht aus mindestens einer Aufnahmevorrichtung (9), an der der Manipulator (2) den Werkstückträger (6) in ein oder mehreren Achsen (15) beweglich abstützen kann. In Figur 1 sind beispielsweise zwei Aufnahmevorrichtungen (9) in unterschiedlichen Positionen und Ausrichtungen angeordnet. Ihre Zahl kann auch größer sein. Desgleichen kann auch ihre Ausrichtung variieren.

Die einzelnen Aufnahmevorrichtungen (9) besitzen jeweils mindestens eine Zentrieraufnahme (11), die die ein-oder mehrachsig bewegliche Abstützung ermöglicht. In der gezeigten Ausführungsform sind die Zentrieraufnahmen (11) als Prisma oder als Konus ausgebildet.

Die einzelnen Aufnahmevorrichtungen (9) besitzen ferner ein Gestell (10), an dem jeweils ein oder mehrere Zentrieraufnahmen (11) angeordnet sind. Die Gestelle (10) sind im gezeigten Ausführungsbeispiel ortsfest und flurgebunden angeordnet. Sie können alternativ auch beweglich und insbesondere in ein oder mehreren translatorischen Achsen verfahrbar sein. Die Zentrieraufnahmen (11) sind vorzugsweise starr an den Gestellen (10) befestigt. Sie können aber auch ihrerseits in ein oder mehreren Achsen beweglich an den Gestellen (10) positioniert sein.

Am Werkstückträger (6) sind über ein oder mehrere geeignete Ansätze (14) ein oder mehrere Abstützelemente (13) angeordnet, die vorzugsweise als Sphären (13) oder Kugelteile ausgebildet sind. Sie wirken mit den Zentrieraufnahmen (11) zusammen und erlauben eine Abstützung mit ein-oder mehrachsiger Positionierbarkeit oder Orientierbarkeit. Die Sphären (13) sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugelköpfe ausgebildet, die größer als eine Halbkugel sind. Alternativ können sie auch als Halbkugelabschnitte oder noch kleinere Kugelteilabschnitte ausgebildet sein. In einer weiteren Abwandlung kann es sich auch um anders geartete ballige oder abgerundete Teile, z. B. auch um ovale Körper, handeln. Eine Mehrfachanordnung von Sphären (13) ermöglicht es, den Werkstückträger (6) in unterschiedlichen Lagen und an unterschiedlichen Aufnahmevorrichtungen (9) abzustützen.

An den Zentrieraufnahmen (11) können ein oder mehrere Sensoren (12) angeordnet sein, die bei Kontakt zwischen der Sphäre (13) und Zentrieraufnahme (11) die Kräfte und/oder Wege oder andere physikalische Werte aufnehmen.

Die Sensoren (12) sind dazu in beliebig geeigneter Weise ausgebildet und an geeigneten Stellen angeordnet, z. B. innerhalb der Berührungszone der Zentrieraufnahme (11) oder an der Verbindungsstelle zwischen Zentrieraufnahme (11) und Gestell (10).

Über die Sensoren (12) kann z. B. die anstehende Kraft oder der Weg gemessen werden. Bei einer geeigneten Mehrfachanordnung von Sensoren (12) oder einen dreidimensionalen Kraft-oder Wegsensor läßt sich dabei feststellen, ob die Sphäre (13) exakt in der Zentrieraufnahme (11) positioniert ist. Hierdurch kann auch die Andrückkraft und Positioniergenauigkeit des Manipulators (2) festgestellt und entsprechend nachgeregelt werden. Ist z. B. die anstehende axiale Kraft zu groß, bewegt sich der Manipulator (2) so weit zurück,

bis die Kräfte ausgeglichen sind beziehungsweise ihren Sollwert erreicht haben. Umgekehrt muß bei einer zu geringen Kraft der Manipulator (2) den Werkstückträger (6) nachführen und stärker aegen die Zentrieraufnahme (11) pressen. Über diese Kraftmessung kann zudem festgestellt werden, ob der Manipulator (2) gegebenenfalls überlastet wird. Ferner läßt sich durch eine geeignete Sensoranordnung (12) feststellen, ob die Anpreßrichtung des Manipulators (2) korrekt ist. Über die Sensoranordnung (12) kann zudem mit einer geeigneten Steuerung und einem geeigneten Programm der Tool-Center-Point (TCP) der Sphärenposition im Prozeß ein-oder mehrmalig ermittelt beziehungsweise korrigiert werden.

Durch die mehrachsig beweglichen Aufnahmevorrichtungen (9) kann der Manipulator (2) den Werkstückträger (6) in unterschiedlichen Lagen orientieren und gegenüber der Bearbeitungsvorrichtung (5) in geeigneter Weise ausrichten. Hierbei kann auch eine grundlegende Umorientierung durch Wechsel der Aufnahmevorrichtung (9) geschehen.

Die Anschlüsse (7) und die Sphären (13) sind vorzugsweise an den Rändern des Werkstückträgers (6) und an weit auseinanderliegenden Stellen angeordnet. In der Ausführungsform von Figur 1 und 2 befinden sie sich vorzugsweise an einander gegenüberliegenden Stellen.

Hierdurch ist das Werkstück (8) für die Bearbeitungsvorrichtung (5) und die Werkzeuge (16) frei zugänglich. Figur 2 zeigt dies.

Beim Bearbeitungsprozeß bewegt der Manipulator (2) den Werkstückträger und das Werkstück (8) in unterschiedliche applikationsabhängige und prozeßgünstige Lagen und Orientierungen. Hierbei kann z. B. das Werkstück (8) beim Schweißen so geführt werden, daß das Schweißbad sich zumindest weitgehend in einer Wannenlage befindet. Zudem

können der Manipulator (2) und die Bearbeitungsvorrichtung (5) sich synchron bewegen, um die optimale Prozeßlage auch bei gekrümmten Bearbeitungsbahnen einzuhalten. Hierfür ist eine geeignete Zellen-bzw. Robotersteuerung (nicht dargestellt) vorhanden.

Die Bearbeitungsvorgänge und die Bearbeitungsvorrichtungen (5) können in den verschiedenen Stationen oder Zellen (17) von unterschiedlicher und beliebiger Art und Ausbildung sein. Beispielsweise handelt es sich um Schweiß-, Klebe- oder Beschichtungsprozesse. Zudem kann die Bearbeitungsvorrichtung (5) als mechanische oder optische Meßvorrichtung ausgebildet sein, die in einer Meßstation den Werkstückträger (6) mit dem gespannten Werkstück (8) durch ein Meßwerkzeug (16) abtastet. Zudem wird dann noch das Werkstück (8) nach Öffnen der Spannstellen des Werkstückträgers (6) vermessen. In einem dritten Schritt kann dann noch der Werkstückträger (6) ohne Werkstück (8) vermessen werden. Durch Vergleich der Meßergebnisse lassen sich Verzüge oder andere Geometrieänderungen feststellen und die Bearbeitungs-und Prozeßqualität sowie die Bauteilqualität überwachen.

Der Manipulator (2) kann über die Wechselvorrichtung (4) den Werkstückträger (6) auch zur nächsten Station oder Zelle weiterreichen. Dort kuppelt ein entsprechender Manipulator an einem zweiten Anschluß (7) an, übernimmt den Werkstückträger (6) und führt ihn einem weiteren Bearbeitungsprozeß zu, wobei wiederum eine Positioniereinrichtung (1) zum Einsatz kommen kann.

Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen kann der Werkstückträger (6) entfallen. In diesem Fall hat das Werkstück (8) selbst geeignete Anschlüsse (7) und Sphären (13). Die Handhabung ist dann die gleiche wie beim Werkstückträger (6).

In einer weiteren Variante kann die Aufnahmevorrichtung (9) mit dem Gestell (10) und der Zentrieraufnahme (11) anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine einfache Rohraufnahme vorhanden sein, die lediglich eine Drehbewegung um die Längsachse erlaubt. In diesem Fall wird die Sphäre (13) durch einen Kegel oder einen Zylinderstift ersetzt. In diesem Fall können der Werkstückträger (6) oder das Werkstück (8) nur um eine Bewegungsachse (15) verdreht werden. Darüber hinaus sind auch weitere Varianten der Ausbildung und Orientierungsmöglichkeiten möglich.

Der Manipulator (2) ist in der gezeigten Ausführungsform als Schwerlastroboter ausgebildet. Er kann auch in geeigneter anderer Weise aus ein oder mehreren Bewegungseinheiten bestehen.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Positioniereinrichtung 2 Manipulator, Positionierroboter 3 Hand 4 Wechselvorrichtung 5 Bearbeitungsvorrichtung, Arbeitsroboter 6 Werkstückträger 7Anschluß 8 Werkstück 9 Aufnahmevorrichtung 10 Gestell 11 Zentrieraufnahme, Prisma, Konus 12 Sensoranordnung 13 Sphäre, Kugelteil 14 Ansatz 15 Bewegungsachse 16 Werkzeug 17 Bearbeitungsstation, Zelle