(57)【要約】【課題】  計量ロボットおよびそのツールホルダを提供する。【解決手段】  本発明は、互いに関して垂直に指向された３つの動作自由度を有する、液体または粘性媒体の供給用の計量ロボットに関し、互いに関して平行に離間された２つの第１の直線ガイドを有する基部と、２つの第１の直線ガイド上に移動可能に支持されるとともに、２つの第１の直線ガイドに関して垂直に指向された第２の直線ガイドを有するポータルブリッジと、計量ユニットを収容するカートを移動可能に案内するための第３の直線ガイドであって、第１および第２の直線ガイドに対して垂直に指向されるとともに、第２の直線ガイドに沿って移動可能な第３の直線ガイドと、を有する。計量ロボットは、２つの第１の直線ガイドの長手方向に位置する領域における、２つの第１の直線ガイドの間に直接延在する領域の延長部分に延在する作業スペースを有する。【選択図】図１
2018062055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに関して垂直に指向された３つの動作自由度を有する、液体または粘性媒体の供給用の計量ロボット（１０）であって、
互いに関して平行に離間された２つの第１の直線ガイド（２０）を有する基部（１２）と、
前記２つの第１の直線ガイド（２０）上に移動可能に支持されるとともに、前記２つの第１の直線ガイド（２０）に関して垂直に指向された第２の直線ガイド（２２）を有するポータルブリッジ（１８）と、
計量ユニット（１０２）を収容するカート（３２）を移動可能に案内するための第３の直線ガイド（２４）であって、前記第１の直線ガイド（２０）および前記第２の直線ガイド（２２）に対して垂直に指向されるとともに、前記第２の直線ガイド（２２）に沿って移動可能な第３の直線ガイド（２４）と、
を備え、
前記計量ロボット（１０）の作業スペース（１５）が、前記２つの第１の直線ガイド（２０）の長手方向に位置する領域における、前記２つの第１の直線ガイド（２０）の間に直接延在する領域の延長部分に延在する、計量ロボット（１０）。
【請求項２】
前記ポータルブリッジ（１８）が、前記２つの第１の直線ガイド（２０）上に移動可能に支持された２つの支持部（３６）を有し、かつ、前記２つの第１の直線ガイド（２０）の間の間隔にまたがるとともに、前記２つの第１の直線ガイド（２０）上に移動可能に支持された前記ポータルブリッジ（１８）の前記支持部（３６）の位置から前記２つの第１の直線ガイド（２０）の方向にオフセットして位置決めされた横断部（３４）を有することを特徴とする請求項１に記載の計量ロボット（１０）。
【請求項３】
前記ポータルブリッジ（１８）および前記基部（１２）のうち少なくとも一つが中空ボックス構造に設計され、好ましくは１１×１０-6 〜１８×１０-6 １／Ｋの熱膨張係数を有する鋼板から構成され、特に、１２×１０-6 〜１７×１０-6 １／Ｋの熱膨張係数を有する鋼板から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の計量ロボット。
【請求項４】
中空ボックス構造に設計された前記ポータルブリッジ（１８）の内部空間が、補強リブ（５２）により複数のセルに分割され、それらのセルのうち少なくとも一つに、ポリウレタンフォームまたは別の防振材が充填されることを特徴とする請求項３に記載の計量ロボット。
【請求項５】
中空ボックス構造に設計された前記基部（１２）の内部空間にコンクリートが少なくとも部分的に充填されることを特徴とする請求項３または４に記載の計量ロボット。
【請求項６】
前記ポータルブリッジ（１８）を移動させるための単一の駆動モータ（４０）を備え、そのモータシャフトが、前記ポータルブリッジ（１８）の２つの支持部（３６）に、効率的に駆動するように相互に接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の計量ロボット。
【請求項７】
前記ポータルブリッジ（１８）を移動させるための前記単一の駆動モータ（４０）は、前記２つの第１の直線ガイド（２０）の間に直接延在する領域に配置されるとともに、２つのシャフト端部を有する連続したモータシャフトを備え、２つのシャフト端部はそれぞれ２つの駆動ベルト（４５）のうちの一方を駆動し、それらの２つの駆動ベルトはそれぞれ前記ポータルブリッジ（１８）の２つの支持部（３６）を連結する横木（５０）に連結されており、前記２つの駆動ベルト（４５）はスチールから製造されることを特徴とする請求項６に記載の計量ロボット。
【請求項８】
前記第３の直線ガイド（２４）に沿って前記カート（３２）を移動させる駆動モータ（４４）を備え、前記駆動モータ（４４）は、好ましくはスチールから製造された駆動ベルト（４８）を介して効率的に駆動するように前記カート（３２）に接続され、前記駆動モータ（４４）は、特にそのモータシャフトに取り付けられるとともに前記駆動ベルト（４８）を駆動する駆動ローラ（５４）を有しており、前記駆動ローラ（５４）には、前記駆動ベルト（４８）に関してスチールの摩擦係数よりも高い摩擦係数をもたらす材料（５６）が被覆されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の計量ロボット。
【請求項９】
前記第３の直線ガイド（２４）に沿って前記カート（３２）を移動させる前記駆動モータ（４４）が、無電流状態において前記駆動モータ（４４）を遮断するブレーキ装置を備えることを特徴とする請求項８に記載の計量ロボット。
【請求項１０】
互いに関して等間隔で離間された複数の光バリア（６０）が、前記第１、第２、および／または第３の直線ガイド（２０，２２，２４）に沿って設けられ、前記ポータルブリッジ（１８）、前記第３の直線ガイド（２４）、および／または計量ユニットを収容するための前記カート（３２）の形態で各直線ガイド（２０，２２，２４）に沿って移動可能なユニットは、前記光バリア（６０）を遮断し、かつ、２つの互いに隣接する光バリア（６０）間の間隔の半分に相当する幅（６３）を有する、スイッチラグ（６２）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の計量ロボット。
【請求項１１】
前記第１の直線ガイド（２０）、前記第２の直線ガイド（２２）、前記第３の直線ガイド（２４）、および前記直線ガイド（２０，２２，２４）の一つによって移動可能に案内される少なくとも一つのカート、を備えたガイド要素の群のうち少なくとも一つのガイド要素と、中空ボックス構造に設計されるとともに前記少なくとも一つのガイド要素が固定される前記計量ロボット（１０）の構造（１２，１８）と、の間に、中空ボックス構造に設計された各構造（１２，１８）の寸法不整を補償するための硬化性レベリング用化合物を設けることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の計量ロボット。
【請求項１２】
前記第３の直線ガイド（２４）に沿って移動可能であるとともに、計量ユニット（１０２）を収容するための保持機構（６８）を備えたアダプタユニット（６４）を有するカート（３２）を備え、前記保持機構（６８）は、好ましくは空気圧で作動可能であり、かつ、前記計量ユニット（１０２）のアダプタ（１０３）を、前記第３の直線ガイド（２４）に沿って移動可能な前記カート（３２）に、形状が整合するように固定するように構成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の計量ロボット。
【請求項１３】
前記アダプタユニット（６４）は、電気接続および／または空気圧接続インターフェイス（７２）を有し、この電気接続および／または空気圧接続インターフェイス（７２）は、前記第３の直線ガイド（２４）に沿って移動可能な前記カート（３２）に前記計量ユニット（１０２）の前記アダプタ（１０３）を固定することにより、前記計量ユニット（１０２）の前記アダプタ（１０３）における対応接続インターフェイス（１２８）に接続されて、前記計量ユニット（１０２）に電気エネルギーおよび／または圧縮空気または減圧を供給し、かつ、前記計量ユニット（１０２）とデータ交換を行うように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の計量ロボット。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の計量ロボット（１０）用の、粘性媒体または液体媒体を分配するための計量バルブ（１０４）を有する少なくとも一つの計量ユニット（１０２）を提供するための複数の収容部を有する、ツールホルダ（１００）であって、収容された各計量ユニット（１０２）の前記計量バルブ（１０４）を封止する封止要素（１０６）を有する、ツールホルダ（１００）。
【請求項１５】
少なくとも一つの前記封止要素（１０６）が、前記ツールホルダ（１００）の固定位置に設けられるとともに、前記少なくとも一つの計量ユニット（１０２）が、前記ツールホルダに取り外し可能に収容されることを特徴とする請求項１４に記載のツールホルダ。
【請求項１６】
前記封止要素（１０６）が、前記計量バルブ（１０２）の出口ノズル（１１４）を封止するように包囲する環状リップシール（１１８）を備える、または、
前記封止要素（１０６）が、接着片（１２０）を備え、その一部が前記計量バルブ（１０２）の出口ノズル（１１４）上に接着接合するとともに、別の部分が、前記ツールホルダ（１００）に取り外し可能に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載のツールホルダ。
【請求項１７】
前記計量バルブ（１０４）の前記出口ノズル（１１４）と前記環状リップシール（１１８）を介して封止された流体と連通する吸引装置を備えることを特徴とする請求項１６に記載のツールホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着剤などの液体および／または粘性媒体をワークピースにターゲット状に適用可能な計量ロボットに関する。さらに本発明は、少なくとも一つの計量ユニットを提供するための、好ましくは本発明による計量ロボット用のツールホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂直角座標ロボット（Cartesian robots）は、通常、液体または粘性媒体（pasty media）をワークピースにターゲット状に適用できるように用いられる。こうした直角座標ロボットは、概して、互いに関して直交するように揃えられた２つまたは３つの直線ガイドを有し、それによりワークピースの規定された位置に接着剤を適用できるように、計量ユニットが間隔を介した所望の位置に移動される。こうした計量ロボットは、例えば、所謂テーブルトップロボットとして設計され、ワークピースはそのロボットの基部上を第１の直線ガイドに沿って移動可能である。この過程で基部は、少なくとも一つの固定位置支持部を支持し、そのヘッドエンドには第１の直線ガイドに対して垂直に指向された第２の直線ガイドを有する片持ち部が設けられており、さらにその第２の直線ガイドでは、計量ユニットを受けるカートの可動ガイド用の第３の直線ガイドが移動可能である。この点に関し第３の直線ガイドは第２の直線ガイドに沿って移動可能であり、第１および第２の直線ガイドに対して垂直に指向される。このように、計量ユニットが特定の位置に移動することが可能であり、第１の直線ガイドに沿って移動可能なカート上の基部に配置されたワークピースに接着剤を適用することができる。こうしたテーブルトップロボットとは異なり、インラインロボット−生産ラインに用いられるまたは生産ラインに沿って用いられる−は、固定支持部を有する基部を有していない。こうしたインラインロボットは寧ろ、多くの場合、生産ラインの上に静置状に配置されるとともに生産ラインの輸送方向に対して垂直に揃えられた２つの第１の直線ガイドを有する。この点に関し、２つの第１の直線ガイド上にはブリッジが移動可能に支持されており、それらの２つの第１の直線ガイドに対して垂直に揃えられた第２の直線ガイドが前記のブリッジに沿って配置される。次いで計量ユニットを受けるカートの可動ガイド用の第３の直線ガイドが設けられており、この第３の直線ガイドは、２つの第１の直線ガイドおよび第２の直線ガイドに対して垂直に指向されるとともに、第２の直線ガイドに沿って移動可能である。その作業スペースは、その上の個々の直線ガイドの構造または配置により辛うじてアクセスすることができる程度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようにテーブルトップロボットおよびインラインロボットはある程度の共通の特徴を有しているが、それでも尚、個々の直線ガイドの位置や配置に関して互いに異なるため、テーブルトップロボットおよびインラインロボットとして等しく使用することが可能な計量ロボットを提供することが望ましい。
【０００４】
したがって本発明の根底にある目的は、できるだけ柔軟性のある利用が可能な計量ロボットの一貫した設計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴を有する計量ロボットによって達成され、特に、２つの第１の直線ガイドの長手方向に延在する領域における、２つの第１の直線ガイドの間に直接延在する領域の延長部分に延在する計量ユニットの作業スペースにおいて達成される。
【０００６】
従って従来のテーブルトップロボットまたはインラインロボットとは異なり、作業スペースは平面図で見たときの第１の直線ガイドの移動範囲に位置していない。本発明の計量ロボットを有する作業スペースは寧ろ２つの第１の直線ガイドの延長部分に延在するとともにそれらの２つの直線ガイドの間に延在する領域に延在している。したがって作業スペースが平面図で見たときの長方形領域として画定される場合、互いに関して平行に離間された２つの第１の直線ガイドは長方形の作業スペースの側面領域に対して垂直に延在するが、作業スペース内には侵入しない。したがって計量ロボットはテーブルトップロボットおよびインラインロボットとして使用される。計量ロボットが、例えば製造ラインで使用され、したがってインラインロボットとして使用される場合、製造ラインのコンベヤベルトは作業スペースを通して延在し、それにより連続的な製造工程を保証する。対照的に、テーブルトップロボットとして、計量ロボットは、固定位置の作業面すなわちその作業スペースの領域にテーブルを有し、処理されるワークピースは手作業により、あるいは更なるロボットにより作業面に配置される。
【０００７】
本発明の計量ロボットの好ましい実施例を以下に詳述し、更なる実施例が図の記載、図面、および従属項から生じうる。
【０００８】
したがってポータルブリッジが、２つの第１の直線ガイドの間の間隔にまたがるとともに、平面図で見たときに、そのポータルブリッジが２つの第１の直線ガイドの上に立つ位置から第１の直線ガイドの方向にオフセットして位置決めされた、横断部を有する第１の実施例に従って提供される。このため、ポータルブリッジは２つの第１の直線ガイド上を移動可能な２つの支持部を有し、２つの支持部のヘッドエンドは互いに横断部によって連結される。平面図から見ると、横断部はこの点に関し２つの支持部の領域に位置していない。寧ろ片持ち梁がそれらの支持部のヘッドエンドから突出しており、例えば、片持ち梁は２つの第１の直線ガイドの方向に指向されるとともに、それらの自由端を横断部によって互いに連結される。したがって横断部は、平面図または側面図で見たときにポータルブリッジの２つの支持部の足点（feet point）に関していわば張り出しを形成し、それにより計量ユニットが作業スペースの所望の領域へと移動するのを確実にする。
【０００９】
更なる実施例によれば、計量ロボットのポータルブリッジおよび／または基部が中空ボックス状に設計され、好ましくは鋼板から構成されたものが提供される。したがってスチールすなわち鋼板は、従来の直角座標ロボットが一般的に設計される鋳造アルミニウムと比較して熱膨張係数が小さく、その結果、計量ロボットは熱の影響下で僅かしか変形しない。したがって計量ロボットの精度は僅かな温度変化にしか左右されない。さらに、その小さい熱膨張係数の結果、計量ロボットは温度によって誘発される拘束や拘束ストレスを少ししか受けず、計量ロボットの直線ガイドに沿って移動可能なカートの滑らかな移動は温度変化の影響を受けない。
【００１０】
１１〜１８×１０-6 １／Ｋの熱膨張係数を有する鋼板が、好ましくはポータルブリッジおよび基部の構成材料として用いられる。特に計量ロボットのポータルブリッジおよび基部を、例えば１２×１０-6 １／Ｋの熱膨張係数を有するスチールまたは１７×１０-6 １／Ｋの熱膨張係数を有するステンレス鋼などの、同じ材料から製造することが有利であることが判明しており、この場合、これはポータルブリッジと基部が任意の温度変化において同じ程度で変形し、ポータルブリッジと基部との間に拘束力が存在しないためである。
【００１１】
たとえポータルブリッジの中空ボックス構造が既に十分な剛性特性を提供するとしても、本発明の更なる実施例により中空ボックス構造に設計されたポータルブリッジの内部空間を補強リブにより複数のセルに分割することが有利であることが判明している。それによりポータルブリッジがさらに剛性を有するように形成されるためである。更なる実施例により、それらのセルのうちの少なくとも単一のものをポリウレタンフォーム又は別の防振材で充填することが更に提供され、これは計量ロボットの動ひずみがそれにより小さく保たれるためである。
【００１２】
対照的に、中空ボックス構造に設計された基部の内部空間には、基部そして計量ロボット全体に要求される安定性を提供するように、コンクリート、または、砂礫あるいは砂などの粒状体を充填してもよい。
【００１３】
基部およびポータルブリッジを中空ボックス構造に形成する鋼板は、本質的に比較的正確な寸法で予め加工（prefabricated）されてもよい。一方、金属板が互いに溶接されて中空ボックス構造を形成する場合、個々の金属板は、特定の状況下で僅かに変形しうる。したがって、基部、ポータルブリッジなどの、中空ボックス構造状に製造される計量ロボットの構造、または第３の直線ガイドの支持構造に対し、それぞれ直線ガイドおよび／またはそれらの直線ガイドによって案内されるカートを、正確な寸法で設置するように、更なる実施例では、中空ボックス構造に製造された各構造と、その各々の直線ガイドおよび／またはカートとの間に、あらゆる寸法不整を補償することが可能な硬化性レベリング用化合物（hardenable leveling compound）が提供される。例えば、計量ロボットの組立て時、第１の直線ガイドが、基部に形成された複数のチャネル状の位置決めパターンにより正確な位置に組み込まれ、そのとき各直線ガイドの位置を固定するようにそれらの複数のチャネルにはエポキシ樹脂などの硬化性充填用樹脂が充填される。充填用樹脂の硬化後、直線ガイドを次いで基部に締め付けねじを用いて固定してもよく、それらの締め付けねじは充填用樹脂を通して基部に締結される。
【００１４】
更なる実施例では、計量ロボットはポータルブリッジを移動させるように単一の駆動モータを有する。対照的に、ポータルブリッジの各支持部がその各々の駆動モータによって移動される場合、２つのモータの同期が不十分な場合にはポータルブリッジの変位（canting）を招く場合がある。これに対し、駆動モータの一つのモータシャフトがポータルブリッジの２つの支持部に効率的に駆動するように接続されるという意味において、ポータルブリッジの２つの支持部が同一の駆動モータによって移動される場合、これを目的として複数の駆動モータに複雑な同期を要することなく、２つの支持部は同じ送り量を受ける。
【００１５】
更なる実施例では、ポータルブリッジを移動させるための駆動モータのみが、例えば、２つの第１の直線ガイドの間に直接延在する領域に位置決めされる。その場合、駆動モータは２つのシャフト端部を有する連続したモータシャフトを備え、２つのシャフト端部はそれぞれ２つの駆動ベルトのうちの一方を駆動し、それらの２つの駆動ベルトはそれぞれポータルブリッジの２つの支持部を連結する横木（traverse）に連結される。この点に関し、駆動ベルトと、基部およびポータルブリッジと、の間に拘束力が生じないように、２つの駆動ベルトは好ましくは、例えばスチールなど、ポータルブリッジや基部が形成されるのと同じ材料から構成される。モータシャフトの軸を中心とする回転、および第３の直線ガイドの方向に指向された軸（垂直軸）を中心とする回転に関する計量ロボットの剛性特性もまた、２つの第１の直線ガイドの間の駆動モータの配置および２つの駆動ベルトを介したポータルブリッジの駆動によって改善される。
【００１６】
更なる実施例では、計量ロボットは、第３の直線ガイドに沿ってカートを移動させる駆動モータを備え、そのため、この駆動モータは、好ましくはスチールから製造された駆動ベルトを介して効率的に駆動するようにカートに接続される。この駆動モータと駆動ベルトの間の望ましくないスリップを防止するように、駆動モータは、その駆動シャフトに取り付けられるとともに駆動ベルトを駆動する駆動ローラを有し、この駆動ローラは、駆動ベルトに関してスチールの摩擦係数よりも高い摩擦係数をもたらす材料で被覆される。例えば、駆動ローラは、約３〜１０μｍの粒径を有する硬質の粒状材料で被覆され、それによりスチールから製造された駆動ベルトに関して約０．１７の摩擦係数を生じさせる。
【００１７】
第３の直線ガイドに沿って移動可能なカートが電源異常の場合においてもその位置を維持することができるように、更なる実施例では、そのカートを移動させる駆動モータが、無電流状態において駆動モータを遮断するスプリング−マグネットブレーキなどのブレーキ装置を備える。例えば、スプリング−マグネットブレーキは、活動状態においてはスプリング式のラッチを駆動モータの駆動シャフトと係合しない位置に維持する電磁石を備える。一方、電源異常時には、電磁石は磁界を発生させず、それによりスプリングによって予め負荷が印加されたラッチが移動して駆動シャフトと接触し、その結果、駆動シャフト延いては駆動モータによって駆動されるカートは第３の直線ガイドに沿って移動することができない。
【００１８】
更なる実施例では、互いに関して等間隔で離間された複数の光バリアが、第１、第２、および／または第３の直線ガイドに沿って設けられ、ポータルブリッジ、第３の直線ガイド、および／または計量ユニットを収容するためのカートの形態で各直線ガイドに沿って移動可能なユニットは、光バリアを遮断し、かつ、２つの互いに隣接する光バリア間の間隔の半分に相当する幅を有する、スイッチラグを有する。各々の光バリアの遮断と、その解放と、の両方が測定点として用いることができるため、光バリアによってもたらされる測定点の効果的な数はここでは２倍に増加する。
【００１９】
更なる実施例では、計量ロボットは、第３の直線ガイドに沿って移動可能であるとともに、計量ユニットを収容するためのアダプタユニットを有するカートを備え、アダプタユニットは、好ましくは空気圧で作動可能であり、かつ、計量ユニットのアダプタを、第３の直線ガイドに沿って移動可能なカートに、形状が整合するように固定するように構成された、保持機構を有する。したがって、計量ロボットがその計量ユニットの供給を道具として独立して交換することを可能にするアダプタユニットにより、いわばツールチェンジャが形成される。
【００２０】
アダプタユニットは、第３の直線ガイドに沿って移動可能なカートに計量ユニットを固定することにより、計量ユニットのアダプタの対応する接続インターフェイスに接続されるように構成された電気接続および／または空気圧接続インターフェイスを有する。このプロセスにより、計量ユニットの電力供給および／または圧縮空気供給または減圧供給と、計量ユニットとのデータの交換と、の両方が２つのインターフェイスを介して行われる。したがってツールチェンジャが計量ユニットの一つを別の計量ユニットと交換する場合、ロボットと計量ユニットの間の電気および／または空気圧インターフェイスは、このプロセスにおいて同時に遮断され、続いて追加のロボットやオペレータによる別の作業ステップを要することなく再構築される。
【００２１】
本発明の別の態様では、複数の計量ユニットが請求項１４に記載のツールホルダから提供される。ツールホルダは特に、異なる媒体（media）が充填され、かつ／または、異なる構成の計量バルブを有する、複数の計量ユニットを備える。したがって計量ロボットは、ツールチェンジャを用いながらツールホルダから異なる媒体が充填された計量ユニットを取り外すことが可能であり、計量ユニットは、必要に応じてワークピースに異なる媒体および／または異なる分量を適用することができるように、任意選択的に異なる計量バルブを有することも可能である。これにより、計量ユニットのカートリッジの交換または変更時に発生するダウンタイムが管理されるため、計量ロボットの連続運転が保証される。計量バルブを手作業により別のものに交換する必要がある際に生じうるダウンタイムもまた管理されるため、それにより計量ロボットの能力が全体として向上する。
【００２２】
計量ユニットの計量バルブは本質的に正常時締切弁であり、換言すれば、非作動状態では閉じられている弁である。それでもなお、計量ユニットの長期の不使用時の特定の条件下では、少量の媒体が計量バルブを通して排出される場合がある。これを防ぐため、本発明では、ツールホルダは、収容される各計量ユニット用の封止要素を有し、各計量ユニットの計量バルブを封止する。
【００２３】
実施例では、この点に関し少なくとも一つの封止要素がツールホルダの固定位置に設けられる一方で、少なくとも一つの計量ユニットがツールホルダに取り外し可能に収容される。したがって計量ユニットが計量ロボットによりツールホルダから取り外される場合、これを目的として異なる作業ステップを要することなく、封止要素は自動的に計量バルブから取り外される。
【００２４】
実施例では、封止要素は計量バルブの出口ノズルを封止するように包囲する環状リップシールを備えうる。この点に関し、リップシールは、その計量バルブとは反対側に配置された側が、例えば閉じられたカップによって収容され、または、その計量バルブとは反対側に配置された側が、リップシール上に射出成形されたまたはリップシールと一体形成されたカバーによって閉じられる。
【００２５】
別の実施例では、封止要素が接着片を備え、その一部が計量バルブの出口ノズル上に接着接合するとともに、別の部分が、例えばクランプにより、ツールホルダに取り外し可能に取り付けられる。こうした接着片により計量バルブが封止された計量ユニットをツールホルダから取り外す場合、接着片は、この点において接着接合した出口バルブから自動的に引き剥がされ、供給される媒体を分配するように出口バルブが解放される。
【００２６】
封止要素がリップシールとして構成される場合、ツールホルダは、更なる実施例では、計量バルブの出口ノズルとリップシールを介して封止された流体と連通する吸引装置を更に備える。このように、媒体の残留物が出口ノズルを詰まらせないように、媒体の残留部が出口ノズルから吸い出される。
【００２７】
添付の図面を参照しながら一例として以下に本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の計量ロボットの正面からの斜視図。
【図２】基部の無い図１の計量ロボットを後方から見た斜視図。
【図３】計量ロボットのポータルブリッジの駆動部を説明する斜視図。
【図４】ポータルブリッジが第１の直線ガイドに配置された、図３に対応する図。
【図５】一部が破断された側面を有するポータルブリッジの斜視図。
【図６】駆動部とともに第３の直線ガイドを示す斜視図。
【図７】本発明の計量ロボットの３つの異なる構成を示す斜視図。
【図８】作業スペースを保護するための光センサを有する図１の計量ロボットを示す図。
【図９】本発明のツールホルダの実施例の側面図。
【図１０】図９の細部「Ｚ」の拡大図。
【図１１】本発明のツールホルダの更なる実施例の側面図。
【図１２】図１１の細部「Ｘ」の拡大図。
【図１３】第３の直線ガイドに沿って移動可能なカートの領域におけるツールチェンジャを含む本発明の計量ロボットを示す図。
【図１４】図１３の細部「Ｘ」の拡大図。
【図１５】図１３の細部「Ｚ」の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の計量ロボット１０を正面から斜めに見た全体的な斜視図を示す。計量ロボット１０は、中空ボックス構造状に構成されるとともに、ポータルブリッジ１８を支持する基部１２を有しており、ポータルブリッジ１８は、同様に中空ボックス構造状に構成されており、かつ、互いに関して平行に離間されるとともに基部１２に支持された２つの第１の直線ガイド２０（図２参照）に沿って移動可能である。ポータルブリッジ１８は２つの第１の直線ガイド２０に対して垂直に指向された第２の直線ガイド２２を有し、ここでは図示しない計量ユニットを収容するカート３２の可動ガイド用の第３の直線ガイド２４が、第２の直線ガイド２２に沿って移動可能に支持される。このカート３２もまた、ここでは第３のカート３２と称する。この点に関し第３の直線ガイド２４は、２つの第１の直線ガイド２０と、第２の直線ガイド２２と、に対して垂直に指向されて、計量ユニットを収容するための第３のカート３２が空間内の所望の位置にターゲット状に移動することを可能にする。
【００３０】
既に述べたように、基部１２は、中空ボックス構造状に構成されるとともに、平面図において計量ロボット１０の作業スペース１５を画定する作業面１４を収容するための凹部１６をその前方領域に形成する。したがって作業テーブルすなわち作業面１４は、中空ボックス構造状に構成されるとともに個々の直線ガイド２０，２２，２４も支持する基部１２を介して、その基部１２によって支持された直線ガイド２０，２２，２４に対して強固に連結され、それによりロボット１０は反りにくく（warp resistant）本質的に剛性を有する。基部１２はさらに２つの第１の直線ガイド２０を収容する役割を果たす２つの互いに離間した収容チャネル（図示せず）を有する。基部１２の製造時に生じうる寸法許容差を補償するように、２つの第１の直線ガイド２０はエポキシ樹脂によりそれらの収容チャネル内に一体成形（cast）される。
【００３１】
図１に示されるように、平面図における作業面１４によって画定される作業スペース１５が、本発明の計量ロボット１０の、２つの第１の直線ガイド２０が長手方向に延在する領域における、それらの２つの第１の直線ガイド２０の間に直接延在する領域の延長部分に延在している。換言すれば、２つの第１の直線ガイド２０は、図１の斜視図において、作業スペース内に侵入することなく作業スペース１４の後方に延在している。第３の直線ガイド２４は、計量ユニットを収容する役割を果たすカート３２とともに、ポータルブリッジ１８に偏心状（eccentrically）に配置されるため、計量ユニットは、接着剤などの媒体を作業スペース１４に配置されたワークピースに適用できるように、計量ロボット１０により、作業スペース１５内の所望の位置へとターゲット状に移動させることができる。
【００３２】
基部１２は本質的に、その中空ボックス構造により、ある一定の固有の剛性を有するが、基部１２に要求される安定性を付与するために、その内部空間にコンクリートを少なくとも部分的に充填してもよい。さらに図１から分かるように、基部１２はその前方領域に引き出し１７を有し、その前部はロボット１０の操作要素を収容し、その背面には電源およびデータ通信用のインターフェイスが設けられる。
【００３３】
図２は、本発明の計量ロボット１０を後方から斜めに見た斜視図を示し、ここでは２つの相互に離間された第１の直線ガイド２０をよりよく認識できるように、図１に関しての基部１２を省略している。第１の直線ガイド２０の各々はレールで形成されており、それぞれ２つの第１のカート２８がレールの各々に沿って移動可能であり（図３参照）、ポータルブリッジがスクリュー２６を通じてそれらのカート上に取り付けられて（図３参照）、ポータルブリッジ１８が、４つの第１のカート２８を介して移動可能なように、２つの第１の直線ガイド２０上に支持される。ポータルブリッジ１８の寸法不整を補償するように、第１のカート２８と、ポータルブリッジ１８の対応する接触域との間にそれぞれ硬化性レベリング用化合物（hardenable leveling compound）を設けてもよい。２つの第１の直線ガイド２０は互いに離間して配置され、ポータルブリッジ１８は４つの第１のカートにより２つの第１の直線ガイド２０上に移動可能に支持されるため、このように形成されたガイドは、２つの第１の直線ガイド２０がガイドの剛性を損なうことなく相対的に狭く設計されるように、相対的に剛性を有する。
【００３４】
ポータルブリッジ１８は、２つの第１の直線ガイド２０の間に直接延在する領域に配置された単一の駆動モータ４０によって駆動すなわち移動される。２つの第１の駆動ベルト４６が第１の駆動モータ４０によって駆動され、そのため、第１の駆動モータ４０は２つのシャフト端部を有する連続したモータシャフトを備え、２つのシャフト端部はそれぞれ２つの駆動ベルト４６のうちの一方を駆動する（図３参照）。この点に関し駆動ベルト４６はポータルブリッジ１８の２つの支持部３６を互いに接続する横木（traverse）５０に連結される。したがってポータルブリッジ１８の支持部３６が双方とも単一の駆動モータ４０による駆動により常に同じ送り量を受けるため、ポータルブリッジ１８またはそのポータルブリッジ１８を保持するカート２８は傾かない。
【００３５】
既に述べたように、ポータルブリッジ１８はまた望ましくは中空ボックス構造に設計され、ポータルブリッジ１８の内部空間は複数の補強リブ５２（図５参照）により複数のセルに分割することが可能であり、その少なくとも一つのセルは、ポリウレタンフォームまたは別の防振材を充填することが可能である。
【００３６】
特に図２および図５を併せて参照することにより明らかなように、ポータルブリッジ１８は２つの支持部３６の間に延在し、したがって２つの第１の直線ガイド２０の間の間隔にまたがる横断部３４を有する。この点に関し横断部３４は平面図で見た２つの第１の直線ガイド２０の方向に位置決めされ、２つの第１の直線ガイドの上に立つポータルブリッジ１８の支持部３６の位置からオフセットされる。そのため、突出部すなわち片持ち梁３８は、ポータルブリッジ１８の各支持部３６のヘッドエンドに形成されるとともに、平面図で見たときにそれぞれ第１の直線ガイド２０の方向に延在する。それらの片持ち梁３８と一体化されたポータルブリッジ１８の横断部３４は、平面図または側面図から見たときにポータルブリッジ１８の支持部３６の足点（feet point）に関して張り出しを形成するように片持ち梁３８に隣接する。したがって第１の直線ガイド２０が作業スペース１５内まで延在していなくても、計量ロボット１０の計量ユニットは、作業スペース内の所望の位置まで移動することができる。
【００３７】
さらに図２から分かるように、ポータルブリッジ１８は第２の駆動モータ４２を支持しており、それにより第３の直線ガイド２４を支持する第２のカート３０が第２の直線ガイド２２に沿って移動することができる。第３のカート３２は第１のカート２８の各々よりも長く、第２の直線ガイド２２は、２つの第１の直線ガイド２０の各々よりも幅が広く、それに要求される剛性も存在する。計量ロボット１０はさらに第３の駆動モータ４８（図６参照）を有しており、それにより第３のカート３２が第３の直線ガイド２４に沿って移動することができる。第２のカート３０のドライブは第３のカート３２のドライブと同様であるため、以下の記載は第３のカート３２のドライブに限定される。第１のカート２８と同様、第３のカート３２もまた第３の駆動モータ４４により（第３の）駆動ベルト４８を用いて駆動され、駆動ローラ５４はその駆動モータ４４のモータシャフトに取り付けることが可能であり、駆動ベルト４８の牽引力を向上させるように駆動ローラは第３の駆動ベルト４８よりも摩擦係数の高い材料５６で被覆される。第２の駆動モータ４２によって駆動される第２の駆動ベルトはポータルブリッジ１８のカバー４７の下に延在しているため、図からは認識できない。本発明によれば、第３の駆動モータ４４は、駆動モータ４４を無電流状態に遮断するスプリング−マグネットブレーキなどの、図示しないブレーキ装置を備えうる。
【００３８】
この点に関し、計量ロボット１０の他の全ての駆動ベルトと同様、第３の駆動ベルト４８はスチールから作られ、相対的にグリップが低いため、駆動ローラ５４を特別な摩擦材料で被覆することが有利であることが分かる。一方、直角座標ロボットが一般的に製造される鋳造アルミニウム鋼とは異なり、スチールは約１２〜１７×１０-6 １／Ｋの範囲の相対的に小さい熱膨張係数を有するため、ポータルブリッジ１８、基部１２、横木５０、および直線ガイド２０，２２，２４もスチールから形成されるという点では、駆動ベルトをスチールから製造することが有利であることが分かる。特にポータルブリッジ１８および基部１２が鋼板から製造されるという事実により、計量ロボットは少ししか熱膨張を受けず、計量ロボット１０の精度もまた大きい温度変動を受けない。一方、温度変動の際に計量ロボット１０の個々のコンポーネントの間に好ましくない応力作用や拘束作用が生じないように、同じ材料または同様の熱膨張係数を有する材料が用いられるということであれば、ポータルブリッジ１８、基部１２、および駆動ベルト４６，４８は、例えば、ステンレス鋼や、別の熱膨張の低い材料から製造してもよい。
【００３９】
さらに図６に見られるように、互いに均等に離間して配置された複数の光バリア（light barriers）６０が第３の直線ガイド２４に沿って設けられる。この点に関しこれらの光バリア６０は、ロボット１０の計量ユニットを支持する第３のカート３２に取り付けられたスイッチラグ（switch lug）６２により、遮断または開放される。この点に関しスイッチラグ６２は隣り合う２つの光バリア６０の間の間隔の半分に対応する幅６３を有する。これにより各光バリア６０の遮断または開放の両方が信号パルスとして用いられるため、光バリア６０によって提供される測定点の有効数が２倍に増加する。光バリア６０の測定点の精度を向上させるように、光バリア６０はさらに小さい開口部を有してもよい。
【００４０】
本発明の計量ロボット１０は、その可動コンポーネントの慣性質量（mass of inertia）が底部から頂部へと減少する全体的な設計を有しており、第２のカート３０を第２の直線ガイド２２に沿って移動させる第２の駆動モータ４２は第１の駆動モータ４０よりも弱く、そしてまた第３のカート３２を第３の直線ガイド２４に沿って移動させる第３の駆動モータ４４は第２の駆動モータ４２よりも弱い。
【００４１】
図７による計量ロボット１０は、その作業スペース１５が２つの第１の直線ガイド２０の延長部分に延在するとともにそれらのガイドの間に延在する、計量ロボット１０の本発明の構成により、テーブルトップロボットおよびインラインロボットの両方として使用することができる。したがって図７の左側の画像は、基部１２の凹部１６が、テーブルの役割を果たす作業面１４によってカバーされた、テーブルトップロボットとしての実施例を示す。対照的に図７の真ん中の画像は、ここでは図示しないコンベヤベルトを基部１２の凹部を通して案内させることができるように作業面１４が取り外された、インラインロボットとしてのロボット１０の使用を示す。計量ロボット１０はまた、移送ラインの最後の機械を形成するという点で図７の右端に示す、インラインロボットとしても用いられる。
【００４２】
図８によれば、本発明の計量ロボット１０は光フェンス７４を備えており、その光フェンス７４の光バリアが遮断されたときにロボット１０の移動を停止させるという点において、その光フェンス７４により作業者をロボット１０の移動から保護する。ロボット１０の作業スペース１５は、光フェンス７４によりさらに２つの相互に隔離された領域（図示せず）に分割してもよく、それにより、例えばロボット１０が光フェンス７４で保護された半部内においてワークピースを処理する一方で、作業員がもう一方の半部内において新しいワークピースを作業スペース１５内に導入することができる。
【００４３】
本発明の計量ロボット１０におけるツールの交換、すなわち計量ユニット１０２の、別の計量ユニット１０２への交換を速めるように、第３の直線ガイド２４に沿って移動可能な第３のカート３２は、ツールチェンジャとしての役割を果たすとともに、第３のカート３２の空気圧シリンダ６６によって駆動されるレバーすなわち保持機構６８（図１３，１４参照）を有するアダプタユニット６４を備える。保持機構６８は空気圧シリンダ６６の動作によりピボットピン６９を中心として旋回し、それによりアダプタプレート１０３の上端１３０が保持機構６８のノーズ部７０により第３のカート３２に対して付勢されることで、計量ユニット１０２のアダプタプレート１０３が第３のカート２４に固定される。このため、アダプタプレート１０３の上端１３０は特に切妻屋根状輪郭部（gable roof-like contour）１０９を有しており、空気圧シリンダ６６が移動して計量ユニット１０２をそのアダプタプレート１０３を介して第３のカート３２に固定する際に、ノーズ部７０が、切妻屋根状輪郭部１０９の第３のカート３２から遠い側の斜面１０８に乗るとともに、その輪郭部に沿ってすべる。これに対し、アダプタプレート１０３の下端１３１は第３のカート３２の収容溝７１に収容され、それにより空気圧シリンダ６６のピストンが外側に移動しているときに、アダプタプレート１０３したがって計量ユニット１０２が第３のカートに形状が整合した形で固定される。これに対し、空気圧シリンダ６６のピストンが後退している場合、保持機構６８はピボットピン６９を中心として反時計回りに旋回する。この点に関し、保持機構６８の与圧面が切妻屋根状輪郭部１０９のカート３２に対向する側の斜面１０７に乗るとともに、その斜面を第３のカート３２から離れる方向に促し、それによりアダプタプレート１０３の上端１３０が解放され、その結果、収容溝７１に固定された計量ユニット１０２が第３のカート３２から離れる方向に傾斜する。
【００４４】
図１３および特に図１５に示される図１３の細部「ｚ」から分かるように、ツールチェンジャとしての役割を果たすアダプタユニット６４は、計量ユニット１０２に対し電気エネルギーおよび圧縮空気または減圧と、制御信号とを供給するように、計量ユニット１０２のアダプタプレート１０３の対応接続インターフェイス１２８と接続可能な電気接続インターフェイス７２および空気圧接続インターフェイス７２を有する。この点に関し接続インターフェイス７２の、アダプタプレート１０３の対応接続インターフェイス１２８への連結は、ツールチェンジャすなわち保持機構６８を用いてアダプタプレート１０３を第３のカート３２に固定する際に自動的に行われ、それにより、さもなければロボット１０と計量ユニット１０２との間にプラグイン接続や結合接続を必要とするような、連結するための追加のステップを必要としない。
【００４５】
次に、計量ロボット１０によって使用されない計量ユニット１０２を収容し、提供するのに役立つ本発明のツールホルダ１００について、図９〜１２を参照しながら詳述する。このようにツールホルダ１００に載置された計量ユニット１０２は、ツールホルダ１００において新しいメディアカートリッジ１１０を充填または提供することができるとともに、後で計量ロボット１０に使用するためにツールホルダ１００から供給することができる。
【００４６】
ツールホルダ１００は、例えば図９に示すように、図の平面に対して垂直に互いにオフセットされた２つの歯を有するフォーク状支持部１２６、ならびに、各計量ユニット１０２を収容するようにフォーク状支持部１２６から直角に突出した片持ち部１２２を有する。この点に関しフォーク状支持部１２６は、各計量ユニット１０２のアダプタプレート１０３からそれぞれ２つずつ左右方向に突出した４つの差込部１３８を収容するための４つの半円形またはＵ字形の凹部１３２を形成する。この点に関しＵ字形の凹部１３２は互いに関して垂直に向いており、それにより計量ユニット１０２をその差込部１３８を用いてツールホルダ１００の凹部１３２に掛けることができる。
【００４７】
したがってツールホルダ１００は本発明の計量ロボット１０によって使用されるための複数の計量ユニット１０２を提供することが可能であり、そのためツールホルダ１００は、例えば図１の計量ロボットの基部１２のすぐ前に配置してもよく、それにより計量ロボットがツールチェンジャ６４を用いてツールホルダ１００から計量ユニット１０２を取り外し、再びその計量ユニットをツールホルダ１００に戻すことが可能である。そのため、ツールチェンジャ６４の保持機構６８がツールホルダ１００によって提供される複数の計量ユニット１０２、特にそれらのアダプタプレート１０３を利用することができるように、ポータルブリッジ１８は、第１の直線ガイド２０に沿ってまっすぐ作業面１４まで移動する。計量ユニット１０２をツールホルダ１００から取り外すには、まずアダプタプレート１０３の下端１３１が第３のカート３２の収容溝７１に収容されるまで第３のカートが上に少しだけ移動する。次いでツールチェンジャ６４の空気圧シリンダ６６のピストンが外側に移動し、その結果、保持機構６８のノーズ部７０が、アダプタプレート１０３の上端の斜面１０８に乗る。空気圧シリンダ６６の前進駆動の結果、計量ユニット１０２が、収容溝７１によって収容されたアダプタプレート１０３の端部１３１を中心として左側に旋回し、それにより計量ロボット１０の第３のカート３２に対して引き寄せられる。この点に関し、計量ユニット１０２の対応接続点１２８が同時にツールチェンジャ６４の接続インターフェイス７２と接続され、そのための個別の作業ステップが生じない。このように収容された計量ユニット１０２を、例えば異なる媒体または異なる計量バルブ１０４を有する別の計量ユニット１０２と交換する場合、計量ロボット１００は先にツールホルダ１００から取り外した計量ユニット１０２をツールホルダに戻し、次いで別の計量ユニット１０２をツールホルダ１００から取り外すことができる。
【００４８】
ツールホルダ１００によって提供される計量ユニット１０２は本質的に、各メディアカートリッジ１１０から媒体流路１１２を通して計量バルブ１０４の出口ノズル１１４へと媒体が移動しないように、非作動状態においてはバルブボール１１６により出口ノズル１１４が閉鎖される常時閉の計量バルブ１０４を有する。しかしながら、媒体の残留物がバルブボール１１６または出口ノズル１１４の領域に捕集される場合、更なる媒体が計量バルブ１０４から投与されるのを防止することはできない。
【００４９】
これを防止するため、ツールホルダ１００は、収容する各計量ユニット１０２用の、各計量ユニット１０２の計量バルブ１０４を封止する封止要素１０６を有する。この点に関し封止要素１０６はツールホルダ１００の固定位置に設けられており、このことは計量ユニット１０２がツールホルダ１００から取り外されるときに封止要素１０６が各計量バルブ１０４から自動的に取り外されることを意味する。
【００５０】
図１０に示す実施例では、封止要素１０６は、例えば片持ち部１２２によって収容されるカップ１２４によりさらに収容される環状リップシール１１８である。この点に関し環状リップシール１１８はカップ１２４の上部端に形成された環状溝に嵌め込まれ、それにより必要に応じて梃子で外すことにより容易に交換することができる。
【００５１】
図１１，１２に示す実施例は、計量ユニット１０４の出口ノズル１１４に接着接合される接着片１２０についての封止要素１０６である。この点に関し接着片１２０は好ましくは計量バルブ１０４を封止するように計量バルブ１０４の出口ノズル１０８に接着接合される領域にのみ接着性を有する。対照的に、接着片１２０の反対の位置に配置された端部は、スプリング１３６によって予め負荷が印加されたクランプ１３４により、ツールホルダ１００の片持ち部１２２の自由端に固定され、それによりツールホルダ１００に脱着可能に固定される。計量ユニット１０２がツールホルダ１００から取り外される場合、接着片１２０は出口ノズル１１４から自動的に引き剥がされる。クランプ１３４が解放される場合、異なる計量ユニット１０２の出口ノズル１０４を封止するように、次いで接着片１２０が新しい接着片１２０に交換される。
【００５２】
シール要素１０６が環状リップシール１１８によって形成される図９，１０の実施例では、カップ１２４の内部空間に減圧を形成することができる図示しない吸引装置を付加的にツールホルダ１１に一体化させてもよい。このように吸引装置により、あらゆる媒体の残留物を出口ノズル１１４から除去することが可能であり、こうした媒体の残留物を手作業で除去するための追加の作業ステップを必要としない。
【符号の説明】
【００５３】
１０…計量ロボット
１２…基部
１４…作業面
１５…作業スペース
１６…１４の凹部
１７…引出し
１８…ポータルブリッジ
２０…第１の直線ガイド
２２…第２の直線ガイド
２４…第３の直線ガイド
２６…スクリュー
２８…第１のカート
３０…第２のカート
３２…第３のカート
３４…１８の横断部
３６…１８の支持部
３８…片持ち梁または突出部
４０…第１の駆動モータ
４２…第２の駆動モータ
４４…第３の駆動モータ
４６…第１の駆動ベルト
４７…カバー
４８…第３の駆動ベルト
５０…横木（traverse）
５２…補強リブ
５４…駆動ローラ
５６…摩擦コーティング
６０…光バリア（light barrier）
６２…スイッチラグ
６３…６２の幅
６４…ツールチェンジャまたはアダプタユニット
６６…空気圧シリンダ
６８…保持機構またはレバー機構
６９…ピボットピン
７０…ノーズ部
７１…収容溝
７２…接続インターフェイス（電気／空気圧）
７３…与圧面
７４…光フェンス（light fence）
１００…ツールホルダ
１０２…計量ユニット
１０３…アダプタプレート
１０４…計量バルブ
１０６…封止要素
１０７…斜面
１０８…斜面
１０９…切妻屋根状輪郭部（gable roof-like contour）
１１０…カートリッジ
１１２…媒体流路
１１４…出口ノズル
１１６…バルブボール
１１８…リップシール
１２０…接着片
１２２…片持部
１２４…カップ
１２６…フォーク状支持部
１２７…歯（tines）
１２８…対応接続インターフェイス
１３０…１０３の上端
１３１…１０３の下端
１３２…凹部
１３４…クランプ
１３６…スプリング
１３８…差込部
【図１】
2018062055.tif 000003
【図２】
2018062055.tif 000004
【図３】
2018062055.tif 000005
【図４】
2018062055.tif 000006
【図５】
2018062055.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018062055.tif 000009
【図８】
2018062055.tif 000010
【図９】
2018062055.tif 000011
【図１０】
2018062055.tif 000012
【図１１】
2018062055.tif 000013
【図１２】
2018062055.tif 000014
【図１３】
2018062055.tif 000015
【図１４】
2018062055.tif 000016
【図１５】
2018062055.tif 000017
【外国語明細書】
2018062055000001.pdf