SCHLÜTER, Jochen (Am Heisterbach 47 a, Dortmund, 44265, DE)
SCHÖCK, Hans-Wilhelm (Düsseldorfer Straße 150 A, Duisburg, 47239, DE)
MOORS, Mark (Geibelstraße 48, Düsseldorf, 40235, DE)
SCHLÜTER, Jochen (Am Heisterbach 47 a, Dortmund, 44265, DE)
SCHÖCK, Hans-Wilhelm (Düsseldorfer Straße 150 A, Duisburg, 47239, DE)
| Patentansprüche 1 . Arbeitsbühne (100) mit einer drehbaren Arbeitsplattform (1 10); mindestens einem Roboter (120), welcher auf der Arbeitsplattform in mindestens einem Roboterarbeitsbereich (I) angeordnet ist, wobei der Roboterarbeitsbereich (I) einen ersten Peripherieabschnitt (P1 ) der Arbeitsplattform einschließt; und mindestens einem Werkerarbeitsbereich (II), in welchem ein Werker (200) operieren kann; dadurch gekennzeichnet, dass der Roboterarbeitsbereich (I) und der Werkerarbeitsbereich (II) sektor- o- der segmentartig auf gleicher Höhe auf der Arbeitsplattform (1 10) ausgebildet sind; und der Werkerarbeitsbereich (II) mindestens einen zweiten Peripherieabschnitt (P2) der Arbeitsplattform einschließt. 2. Arbeitsbühne gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitseinrichtung (130) auf der Arbeitsplattform (1 10) angeordnet ist zum Separieren des Roboterarbeitsbereiches (I) von dem Werkerarbeitsbereich (II) so, dass ein Aufenthalt des Werkers (200) in dem Werkerarbeitsbereich (II) bei gleichzeitigem Betrieb des Roboters (120) in dem Roboterarbeitsbereich (I) gefahrlos möglich ist. 3. Arbeitsbühne (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubeinrichtung (140) zum vertikalen Verfahren der Arbeitsplattform vorgesehen ist. 4. Arbeitsbühne (100) gemäß Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (140) eine nicht-drehbare Basisplattform (142) aufweist, auf welcher die Arbeitsplattform (1 10) mit Hilfe eines Drehlagers (1 16) drehbar gelagert ist. 5. Arbeitsbühne (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsplattform (1 10) kontinuierlich oder getaktet drehbar ausgebildet ist. 6. Arbeitsbühne (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsplattform (1 10) und die Basisplattform (142) jeweils in Form einer Lochscheibe mit jeweils einer zentralen Öffnung (1 12) ausgebildet sind, wobei die beiden Öffnungen vorzugsweise unabhängig von der Drehstellung der Arbeitsplattform zumindest teilweise miteinander fluchten und in den Roboterarbeitsbereich (I) fallen; und ein Aufzug (150), zum Beispiel ein Kettenförderer, vorgesehen ist zum Befördern von Arbeitsmaterialien durch die Öffnungen (1 12) hindurch in den Roboterarbeitsbereich (I). 7. Arbeitsbühne gemäß einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (120) ausgebildet ist als Ausmauerungsroboter. 8. Verwendung der Arbeitsbühne nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dass es sich bei den Arbeitsmitteln um Steine (300) handelt. 9. Arbeitsbühne (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steine (300) derart auf einer Palette (320) aufgeschichtet sind, dass sie direkt in ihrer Schichtungs-Reihenfolge aufeinanderfolgend von dem Ausmauerungsroboter (120) aufgegriffen und zu einer Mauer verlegbar sind. 10. Arbeitsbühne (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsbühne (100) eine Verfahreinrichtung (160) aufweist zum seitlichen Verfahren der Arbeitsbühne. 1 1 . Verwendung der Arbeitsbühne gemäß einer der Ansprüche 1 bis 10, mit dem Roboter als Ausmauerungsroboter gemäß Anspruch 7 zum Erstellen oder Erneuern der Ausmauerung eines metallurgischen Gefäßes (400), insbesondere eines Blasstahlkonverters. |
Die Erfindung betrifft eine Arbeitsbühne und eine zugehörige Verwendung zum Erstellen oder Erneuern der Ausmauerung/Zustellung eines metallurgischen Gefäßes, insbesondere eines Blasstahl konverters. Die Arbeitsbühne ist dabei so konstruiert, dass die ergonomisch belastende Tätigkeit des Verlegens von Steinen durch einen Roboter ausgeführt wird, während sich gleichzeitig ein oder mehrere Werker im Gefäß aufhalten können, um die Arbeit des Roboters zu überprüfen oder um andere Arbeiten auszuführen.
Bisher bekannte Ausmauerungsvorrichtungen bzw. Arbeitsbühnen basieren in der Regel darauf, dass eine Plattform in das Gefäß eingefahren wird, die einer Gruppe von Werkern Platz bietet, die die Steine, welche auf Paletten mittels eines Aufzugs auf die Plattform gebracht werden, entweder von Hand oder durch den Einsatz von Hebehilfen von den Paletten abstapeln und in ihre Endlage befördern. Nachteilig an dieser Methodik ist die hohe Belastung der Arbeiter durch die Gewichte der Steine, bzw. der zeitliche Aufwand, den der Einsatz von Hebehilfen bedingt.
Ebenso finden sich im Stand der Technik automatische Ausmauerungsvorrichtungen auf Basis von Robotern, beispielsweise die aus der EP 2 199 719 A2 bekannte Vorrichtung. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die eingeschränkte Flexibil ität, die sich aus einer vollautomatischen Lösung ergibt. So sind Fehler in der automatischen Verlegung problematisch zu erkennen und Störungen im System nur sehr aufwändig zu beseitigen. Aus der US 4,688,773 ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Ausmauerung eines Konverters von oben gestattet und ebenso rotierbar ausgeführt ist. Die Lösung verwendet dabei zwei Plattformen, deren räumliche Anordnung nicht auf einen kooperativen Ansatz zwischen Werkern und Robotern, sondern auf einen beobachtenden Ansatz ausgelegt ist.
Auch bekannt ist der Ansatz, eine automatische Verlegung durch eine Steuer- und Überwachungsstation zu erweitern, beispielsweise aus DE 3932145 A1 oder DE 4321299 A1 . Dieser Ansatz ist von zwei Nachteilen behaftet. Zum einen ist die geometrische Anordnung des Werkerarbeiterbereiches in Form des Überwachungsstandes oberhalb des Roboters in Konvertern problematisch, weil diese nur sehr wenig Platz oberhalb des eigentlichen Gefäßes bieten. Zum anderen kann mit einer solchen Anordnung die Ausmauerung nur aus einigen Metern Entfernung überwacht werden. Jedoch sind Beobachtungen und Prüfungen aus kurzer Distanz nicht möglich und das Eingreifen und Korrigieren gestaltet sich schwierig. Gemeinsames Arbeiten, wobei die Aufgaben zwischen Mensch und Maschine geteilt werden, sind nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Arbeitsbühne und deren Verwendung dahingehend weiterzubilden, dass dem Werker die Möglichkeit gegeben wird, die Arbeit des Roboters oder das Ergebnis seiner Arbeit an einer ersten Arbeitsfläche, zum Beispiel einem ersten Mauerabschnitt, aus nächster Nähe begutachten zu können, während der Roboter gleichzeitig in seinem Roboterarbeitsbereich an einer zweiten Arbeitsfläche, zum Beispiel einem zweiten Mauerabschnitt, weiterarbeiten kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dieser Gegenstand ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Roboterar- beitsbereich und der mindestens eine Werkerarbeitsbereich sektor- oder segmentartig auf gleicher Höhe auf der Arbeitsplattform ausgebildet sind; und dass der Werkerarbeitsbereich mindestens einen zweiten Peripherieabschnitt der Arbeitsplattform einschließt. Der Ausdruck„auf gleicher Höhe" schließt eine Anordnung des Roboterarbeitsbereiches und des Werkerarbeitsbereiches übereinander aus. Nicht ausgeschlossen durch diesen Ausdruck sollen dagegen etwaige Niveauunterschiede des Bodens der Arbeitsplattform oder die Verwendung von Leitern oder Sockeln in den Arbeitsbereichen sein.
Um sowohl dem Roboter wie auch den Werkern zu ermöglichen, nicht nur einen begrenzten kreisbogenartigen Abschnitt einer umlaufenden Arbeitsfläche, zum Beispiel der Mauer eines metallurgischen Gefäßes, erreichen zu können, ist die Arbeitsplattform rotierbar ausgeführt. Die Drehung kann sowohl kontinuierlich während der Arbeiten erfolgen, als auch getaktet, je nachdem welcher Abschnitt des Gefäßes vom Roboter oder von den Werkern bearbeitet werden soll .
Sowohl der Roboterarbeitsbereich wie auch der Werkerarbeitsbereich schließen jeweils unterschiedliche Peripherieabschnitte der Arbeitsplattform ein. Der Ein- schluss des Peripherieabschnittes in den Werkerarbeitsbereich ermöglicht es dem Werker, vorteilhafterweise, die Arbeit des Roboters oder das Ergebnis von dessen Arbeit an einer ersten Arbeitsfläche, zum Beispiel einem ersten Mauerabschnitt, aus nächster Nähe begutachten zu können, während der Roboter gleichzeitig in seinem Roboterarbeitsbereich an einer zweiten Arbeitsfläche, zum Beispiel einem zweiten Mauerabschnitt, weiterarbeiten kann. Notfalls ermöglicht die benachbarte Anordnung von Werker- und Roboterarbeitsbereich auch ein korrigierendes Eingreifen des Werkers in die Arbeit des Roboters, im- mer natürlich unter Wahrung aller notwendigen Sicherheitsaspekte. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise schnell und flexibel auf Fehler und Probleme reagiert werden.
Die Arbeitsbühne ist mit dem separierten Roboter- und Werkerarbeitsbereich so konstruiert, dass der Einsatz eines Roboters und eines Werkers zeitgleich in kurzer räumlicher Distanz möglich ist, ohne dass der Roboter den Werker gefährdet und ohne dass der Roboter durch diese Nähe gezwungen ist, nur sehr geringe Geschwindigkeiten fahren zu können. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Arbeitsplattform in den "Roboterarbeitsbereich" und den„Werkerarbeitsbereich" unterteilt, wobei die beiden Bereiche durch eine Sicherheitseinrichtung voneinander getrennt sind. Die Sicherheitseinrichtung ermöglicht/gestattet einen kollaborativen Betrieb mit menschlichen Werkern und dem (Industrie)-Roboter. Der Roboter kann nur dann betrieben werden, wenn sichergestellt ist, dass sich kein Mensch in seinem Bereich befindet, das heißt die Sicherheitseinrichtung aktiviert ist. Der Roboter kann sich in seinem Roboterarbeitsbereich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, ohne Werker, die sich im Werkerarbeitsbereich aufhalten, zu gefährden. Auch das Betreten des Roboterarbeitsbereiches durch Werker ist nicht möglich, ohne das die Sicherheitseinrichtung den Zugang erlaubt und den Roboter gegebenenfalls stillsetzt. Wenn allerdings der Roboter stillgesetzt oder demontiert ist, kann der Roboterarbeitsbereich auch von dem Werker durch einen Zugang/eine Türe in der Sicherheitseinrichtung betreten und als erweiterter oder zweiter Werkerarbeitsbereich genutzt werden.
Innerhalb des Roboterarbeitsbereiches befindet sich ein Aufzug für Arbeitsmittel. Die Arbeitsplattfornn wird beispielsweise getragen von einer Basisplattform, welche vorzugsweise drehfest mit einer Hubeinrichtung zum vertikalen Verfahren der Arbeitsplattform verbunden ist. Die Arbeitsplattform als Oberseite kann auf der Basisplattform als Unterseite rotieren und kann um den Aufzug gedreht werden.
Im Roboterarbeitsbereich auf der Arbeitsplattform befindet sich ein (Industrie-) Roboter, vorzugsweise als 6-Achs Roboter ausgeführt. Der Roboter dient zum Beispiel dem Abstapeln von Steinen von Paletten, die durch den zentralen Auf- zug nach oben angeliefert werden, und der direkten Verlegung der dabei aufgenommenen Steine.
Der Roboter als Ausmauerungsroboter arbeitet vorzugsweise mit derart auf einer Palette aufgeschichteten Steinen, dass die Steine direkt in der Reiheinfolge ihrer Schichtung verlegt werden können.
Um dies zu erreichen, ist außerhalb des metallurgischen Gefäßes ein Bereich vorgesehen, in dem die Steine entsprechend vorpalletiert werden. Um eine hohe Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, die Vorpalletierung durch eine Gruppe von Service- Robotern vornehmen zu lassen.
Um die Vorpalletierung durchführen zu können, muss der Ausmauerungsroboter und der Serviceroboter die Reihenfolge der Steine kennen, in der sie verlegt werden müssen. Die Reihenfolge der Steine wird dabei auf Basis des vorgegebenen Ausmauerungsplans und von im Gefäß erfolgten sensorischen Messungen, beispielsweise Messungen mit Laserscanner oder 3D-Kamera, entspre- chend vorgeplant. Vorteilhafterweise kann ein solcher Sensor am Roboter angebracht werden.
Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei Figur 1 die erfindungsgemäße Arbeitsbühne in einer Draufsicht; und Figur 2 die erfindungsgemäße Arbeitsbühne im Querschnitt zeigt.
Die Arbeitsplattform 1 10 gemäß Figur 1 ist so ausgeführt, dass sie um einen zentralen Aufzugsschacht 1 12 rotieren kann. Werker 200 können sich in dem als Werkerarbeitsbereich I ausgewiesenen Teil der Arbeitsplattform aufhalten, der durch eine Sicherheitseinrichtung 130, zum Beispiel einen Zaun, vom Roboterarbeitsbereich I abgetrennt ist. Der Roboterarbeitsbereich I schließt einen ersten Peripherieabschnitt P1 und der Werkerarbeitsbereich II schließt einen zweiten Peripherieabschnitt P2 ein. Die Sicherheitseinrichtung 130 ist so ausgebildet, dass sie ein gefahrloses Arbeiten der Werker 200 in dem Werkerar- beitsbereich II bei gleichzeitigem Betrieb des Roboters 1 20 in dem Roboterarbeitsbereich I ermöglicht. Zu diesem Zweck kann die Sicherheitseinrichtung als Sicherheitszaun, vorzugsweise mit einer Durchgangstüre, zum räumlichen Trennen von Werker- und Roboterarbeitsbereich und/oder als Sicherheitselekt- ronik/~softwaremodul ausgebildet sein zum sofortigen Abschalten des Roboters 120 bei Annäherung eines Werkers 200. Innerhalb des Roboterarbeitsbereichs ist der (Industrie-)Roboter 120 vorzugsweise auf einem Sockel 1 montiert. Der Werkerarbeitsbereich I ist während der Ausmauerung erforderlichenfalls mit Hilfe von zum Beispiel einhängbaren Tragelementen 1 18 radial bzw. peripher erweiterbar, um den Werkern eine unmittelbare Annäherung an d ie von dem Roboter zuvor bearbeitete oder noch zu bearbeitende Arbeitsfläche, zum Beispiel die Innenseite eines Konverters zu ermöglichen. Im Roboterarbeitsbereich können solche peripheren Erweiterungen auch vorgesehen sein, sie sind jedoch in der Figur 1 nicht gezeigt.
Figur 2 zeigt dieselbe Arbeitsbühne 100 von der Seite. Die Arbeitsplattform 100 mit dem Roboter 120 und Werkern 200 ist beispielsweise in einen Konverter 400 eingefahren. Die Arbeitsbühne 100 umfaßt eine Hubeinrichtung 140 zum vertikalen Verfahren der Arbeitsplattform 1 10. Die Arbeitsplattform 100 ist zu diesem Zweck beispielsweise über ein Drehlager 1 16, siehe Figur 1 , auf einer Basisplattform 142 drehbar gelagert, wobei die Basisplattform 142 vorzugsweise drehfest mit dem bodenfernen Ende der Hubeinrichtung 140 verbunden ist.
Die Arbeitsbühne kann mit Hilfe einer Verfahreinrichtung 160 auf dem Hüttenflur 1 1 bewegt werden.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführung ist der Aufzug 150 mit einer horizontalen Fördereinrichtung 500 verbunden, welche die Paletten 320 direkt von einer Vorpalettierungsstation zum Aufzug 150 befördert. Die Paletten 320 werden dabei von einer Gruppe von Service-Robotern 14 vorpalettiert, wobei die Steine 300 von den Paletten des Steinherstellers abgestapelt und auf die Paletten 320 in der richtigen Reihenfolge gemäß Ausmauerungsplan aufgestapelt werden. Bezugszeichenliste:
I Sockel
I I Hüttenflur
1 10 Arbeitsplattform
1 12 Aufzugsschacht
1 16 Drehlager
1 18 Tragelemente
120 Roboter
130 Sicherheitseinrichtung
140 Hubeinrichtung
142 Basisplattform
150 Aufzug
160 Verfahreinrichtung
200 Werker
300 Steine
320 Palette
400 metallurgisches Gefäß, insbesondere Konverter
P1 Peripherieabschnitt
P2 Peripherieabschnitt
I Roboterarbeitsbereich
II Werkerarbeitsbereich