СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВИНТОВ
METHOD AND DEVICE FOR FEEDING SCREWS

Изобретение относится к способу и устройствам для подачи соединительных элементов, а именно, винтов или тому подобное, в частности, в автоматизированных системах завинчивания, которые применяются, например, в автомобильной промышленности.
Документ ЕР 2 010 356 В1 описывает систему завинчивания, в которой несколько инструментов для завинчивания объединены в две группы, причем при процессе завинчивания становятся нужными соответственно только инструменты для завинчивания одной из обеих групп, и предложено приводить в действие по одному инструменту для завинчивания из каждой группы с помощью общего приводного устройства, чтобы уменьшить число необходимых приводных устройств.
Документ DE 10 2012 224 045 A1 раскрывает систему завинчивания, в которой винты при предварительной сборке не вставляются в места завинчивания, а по отдельности с помощью автоматического подающего устройства по отдельности подаются к винтовёрту.
Так как число винтовых соединений в автомобилестроении сильно увеличивается, неэффективно для каждого винта использовать отдельный шпиндель завинчивания или с помощью загрузки по отдельности подавать винты к месту завинчивания.
Документ DE 101 62 635 A1 описывает ленточный магазин для винтов с линейно расположенными приемными карманами, из которых винт выталкивается к моменту завинчивания. Однако для применения в промышленном масштабе подобные одноразовые магазины не годятся.
Документ DE 102 26 164 раскрывает магазин, в котором держатель винтов наподобие патронной ленты с множеством линейно расположенных зажимных приспособлений применяется для размещения винтов в лотке магазина.
Документ DE 10 2009 016 372 A1 описывает винтовёрт с револьверным магазином, который заполняется с помощью заранее снаряженных гнезд под винты винтами.
Задача изобретения заключается в том, чтобы предложить способ и устройство для подачи соединительных элементов, а именно, винтов или тому подобного, в частности, в автоматизированных системах завинчивания, которые используют сменный магазин для соединительных элементов, а именно, винтов и тому подобного и делают возможным выполнение нескольких винтовых соединений за короткое время.
Согласно аспекту изобретения сменный магазин может без подвода энергии удерживать большое количество винтов.
Согласно аспекту изобретения сменный магазин может с взаимодействием соединяться с системой завинчивания для передачи винта.
Согласно аспекту изобретения сменный магазин может быть взаимозаменяемым, чтобы иметь возможность пустой магазин быстро и без сложностей заменить на другой, предварительно снаряженный сменный магазин.
Согласно аспекту изобретения сменный магазин может быть приспособлен к различному размеру винтов или/и количеству винтов.
Согласно аспекту изобретения при использовании предложенного сменного магазина система завинчивания может осуществлять большое количество винтовых соединений с небольшим числом шпинделей для завинчивания.
С помощью предложенных способа и устройств установка может просто, быстро и гибко приспосабливаться к изменяющимся местам завинчивания и размерам винтов.
Для решения задачи предлагаются устройство, охарактеризованное признаками пункта 1 формулы изобретения, а также способ, охарактеризованный признаками пункта 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения и усовершенствованные варианты являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответственно, сначала предлагается устройство для подачи винтов, в частности, в автоматизированных системах завинчивания, которое включает сменный магазин с большим количеством держателей винтов, которые имеют соответственно закрытое положение для удержания с силовым замыканием по одному винту и открытое положение для деблокирования винта, причем держатель винта сохраняет свое состояние без подвода энергии в своем открытом положении или в своем закрытом положении.
Другими словами, предложенный сменный магазин имеет несколько держателей винтов, которые образованы для размещения по одному винту и которые пока к ним не подведено никакой энергии извне, удерживают соответствующий винт.
Если, напротив, к держателю винта извне подводится энергия, то держатель винта деблокирует винт, так что винт может сниматься, например, инструментом для завинчивания, чтобы осуществить винтовое соединение. Благодаря тому, что держателю винта для удержания винта не требуется никакой энергии, снаряженный винтами сменный магазин предложенного вида без подвода энергии может транспортироваться, например, от станции снаряжения, в которой винты укладывались в держатели винтов, к месту применения, например, рабочему участку на сборочном конвейере, причем винты не могут потеряться и удерживаются по одному в определенной позиции. Термины «открытое положение» и закрытое положение» при этом раскрывают, что держатель винта имеет, по меньшей мере, подвижную часть, которая в закрытом положении оказывает усилие на помещенный внутри винт, так что винт с силовым замыканием удерживается в заданной позиции.
Согласно варианту исполнения при этом может быть предусмотрено, что держатели винтов расположены на расстоянии друг от друга вдоль прямой линии расположения. Благодаря этому сменный магазин может быть образован для размещения очень большого количества винтов. Если винты должны извлекаться из такого сменного магазина один за другим, то сменный магазин может перемещаться, совершая пошагово простое прямолинейное перемещение таким образом, что все держатели винтов перемещаются один за другим к передаточной позиции, в которой удерживаемый в держателе винта винт может деблокироваться и сниматься инструментом для завинчивания.
Согласно другому варианту исполнения, может быть предусмотрено, что держатели винтов расположены на расстоянии друг от друга вдоль не прямой, например, круговой линии расположения. Благодаря этому сменный магазин может быть выполнен с относительной экономией места. Если винты должны извлекаться из такого сменного магазина один за другим, то сменный магазин может перемещаться, совершая пошаговое простое вращательное перемещение таким образом, что все держатели винтов перемещаются один за другим к передаточной позиции, в которой удерживаемый в держателе винта винт может деблокироваться и сниматься инструментом для завинчивания.
Держатель винта может иметь, например, по меньшей мере, подвижный удерживающий элемент, который в закрытом положении воздействует на винт поперечной силой. Под поперечной силой при этом имеется в виду сила, которая действует перпендикулярно продольной оси винта, то есть винт удерживается за его стержень.
Для этого удерживающий элемент может включать, например, по меньшей мере, откидной поворотный рычаг. Этот поворотный рычаг может удерживаться в закрытом положении, например, благодаря собственному весу, но в качестве альтернативы или дополнительно также с помощью усилия первой пружины, то есть прижиматься к винту, или с помощью усилия первой пружины удерживаться в открытом положении. Дальше первый фиксирующий механизм может быть расположен таким образом, что поворотный рычаг надежно удерживается в закрытом положении, в частности, когда поворотный рычаг удерживается в закрытом положении только благодаря своему собственному весу или против усилия первой пружины. Поворотные рычаги устроены механически просто, поэтому недороги в изготовлении, прочны и надежны в эксплуатации.
В качестве альтернативы или дополнительно удерживающий элемент может включать, по меньшей мере, выполненную с возможностью перемещения зажимную губку. Эта зажимная губка может удерживаться в закрытом положении, например, благодаря ее собственному весу, но в качестве альтернативы или дополнительно, также с помощью усилия второй пружины, то есть прижиматься к винту, или с помощью усилия второй пружины удерживаться в открытом положении. Дальше второй фиксирующий механизм может быть расположен таким образом, что зажимная губка надежно удерживается в закрытом положении, в частности, когда зажимная губка удерживается в закрытом положении только благодаря ее собственному весу или против усилия второй пружины. Зажимные губки точно также устроены механически просто, поэтому недороги в изготовлении, прочны и надежны в эксплуатации.
Предпочтительно удерживающий элемент включает комбинацию из, по меньшей мере, поворотного рычага и, по меньшей мере, зажимной губки.
Например, поворотный рычаг может быть установлен в сменном магазине с возможностью поворота против усилия первой пружины, и зажимная губка может быть установлена на свободном конце поворотного рычага с возможностью перемещения против усилия второй пружины на поворотном рычаге. При таком варианте исполнения поворотный рычаг с помощью первой пружины прижимается к винту либо отжимается от винта, и зажимная губка в закрытом положении поворотного рычага может удерживать винты различного диаметра, так как ее относительная подвижность позволяет приспособиться к различным диаметрам.
Способность поворотного рычага поворачиваться «против усилия первой пружины» при этом может означать, что первая пружина без подвода внешней энергии толкает поворотный рычаг в закрытое положение и перемещение в открытое положение возможно только с помощью внешнего усилия, противодействующего усилию пружины. Но может также означать, что первая пружина без подвода внешней энергии толкает поворотный рычаг в открытое положение и перемещение в закрытое положение возможно только с помощью внешнего усилия, противодействующего усилию пружины. Это же действительно соответственно для способности перемещаться зажимной губки относительно второй пружины.
Кроме того, в предложенном варианте может быть предусмотрено, что сменный магазин может устанавливаться в расположенном в рабочей зоне, по меньшей мере, инструмента для завинчивания системы завинчивания держателе магазина. Предпочтительно, но не обязательно, при этом сменный магазин установлен подвижно относительно держателя магазина.
Держатель магазина может быть, например, отдельным конструктивным узлом, который установлен стационарно и который приводится в действие инструментом для завинчивания, чтобы между двумя процессами завинчивания сныть новый винт. Но он может быть также составной частью системы завинчивания, в которой один или несколько инструментов для завинчивания являются подвижными, например, в пространстве или в плоскости, чтобы с одной стороны извлекать винты из сменного магазина и с другой стороны подъезжать к различным местам завинчивания, на которых требуется осуществить винтовое соединение.
Чтобы сделать возможной подвижную установку сменного магазина на держателе магазина, может быть предусмотрено, что сменный магазин имеет, по меньшей мере, первую направляющую, которая может состыковываться с расположенной на держателе магазина второй направляющей с образованием линейной направляющей. При этом под линейной направляющей не обязательно должна пониматься прямолинейная линейная направляющая. В частности, в случаях, в которых держатели винтов расположены, например, по кругу, как описано уже выше, имеет смысл, что и направляющие будут иметь форму круга. Правда, непосредственно в этих вариантах исполнения могут быть предпочтительно предусмотрены также другие типы опоры, например, расположенная в центре круга вращающаяся опора.
Для перемещения сменного магазина относительно держателя магазина в держателе магазина может быть расположено, например, приводное устройство, которое, когда сменный магазин установлен в держателе магазина, функционально соединено со сменным магазином, чтобы перемещать сменный магазин относительно держателя магазина. В качестве альтернативы приводное устройство может быть расположено в сменном магазине, которое, когда сменный магазин установлен в держателе магазина, функционально соединено с держателем магазина, чтобы перемещать сменный магазин относительно держателя магазина. Правда, предпочтительным становится названное вначале исполнение, так как благодаря нему сменный магазин полностью обходится без собственного обеспечения энергией. Приводное устройство может быть выполнено, например, в качестве серводвигателя с шестерней, которая входит в зацепление с расположенной на сменном магазине зубчатой рейкой и благодаря этому перемещает сменный магазин относительно держателя магазина.
В предложенном устройстве предпочтительно может быть предусмотрено, что приводное устройство для перемещения сменного магазина относительно держателя магазина образовано таким способом, что держатели винтов один за другим перемещаются к передаточной позиции. При этом под передаточной позицией должна пониматься стационарная относительно держателя магазина позиция, в которой может быть расположен инструмент для завинчивания или с которой может создаваться контакт инструмента для завинчивания и в которой осуществляется деблокирование удерживаемого винта и его передача инструменту для завинчивая с помощью того, что инструмент для завинчивания движется в направлении продольной оси винта к головке винта и захватывает головку винта.
Преимущество такой определенной передаточной позиции в вариантах исполнения, в которых инструмент для завинчивания снимает в сменном магазине винт и транспортирует его к обрабатываемому в данный момент месту завинчивания, заключается в том, что программирование системы завинчивания облегчается благодаря тому, что инструмент для завинчивания может начинать работать всегда в одной и той же позиции, чтобы снимать новый винт, и в вариантах исполнения, в которых держатель магазина соединен с инструментом для завинчивания, в том, что удерживаемый в держателе магазина сменный магазин стыкуется с компонентом инструмента для завинчивания и с ним перемещается от места завинчивания к месту завинчивания, причем инструмент для завинчивания, когда от подведен к месту завинчивания, должен двигаться только вперед, чтобы захватить винт и затем завинчивать его, и после этого двигаться назад, таким магазин может продвигаться на шаг, чтобы подать новый винт в направлении перемещения инструмента для завинчивания.
Другое преимущество такой определенной передаточной позиции заключается в том, что деблокирование винта облегчается с помощью держателя винта при полностью пассивном, то есть не получающим энергию сменном магазине, благодаря тому, что приведение в действие держателя винта, то есть перемещение из закрытого положения в открытое положение, осуществляется благодаря подводу энергии извне всегда в той же самой позиции, как более подробно описывается ниже.
В предложенном устройстве каждый держатель винта может иметь, например, устройство для открывания, которое образовано для того, чтобы при подводе энергии переводить держатель винта из закрытого положения в открытое положение. При этом возможен подвод различных форм энергии и это должно учитывать идеи изобретения. Например, энергия может подводиться благодаря тому, что держатель винта открывается с помощью воздействия внешней силы. Точно также, однако, возможно, с помощью воздействия магнитного или электромагнитного поля перемещать держатель винта из закрытого положения в открытое положение. Равным образом сюда же включены варианты исполнения, в которых открывание держателя винта осуществляется с помощью тепла или электрического тока, например, тем, что держатель винта имеет исполнительный механизм, который имеет элемент из сплава с эффектом памяти формы, который в конечном счете с помощью изменения формы содействует открыванию держателя винта и таким образом деблокированию удерживаемого винта.
Если устройство имеет держатель винта, который открывается с помощью воздействия внешней силы, устройство для открывания может приводиться в действие с помощью воздействия не относящегося к сменному магазину элемента для открывания. Такой элемент для открывания может быть расположен, например, в держателе магазина или в инструменте для завинчивания системы завинчивания.
Если держатель винта находится в передаточной позиции, то находящийся в держателе магазина элемент для открывания – либо с помощью собственного исполнительного органа, либо благодаря тому, что устройство для открывания держателя винта в момент создания передаточной позиции входит в контакт с элементом для открывания – может приводить в действие устройство для открывания держателя винта, так что он перемещается в открытое положение и деблокирует удерживаемый винт.
Если, напротив, элемент для открывания расположен в инструменте для завинчивания системы завинчивания, то он может, после того как инструмент для завинчивания захватил винт, приводить в действие устройство для открывания держателя винта, так что он движется в открытое положение и деблокирует удерживаемый винт.
Кроме того, способ для подачи винтов, в частности, в автоматизированных системах завинчивания включает следующие этапы:
- снаряжение сменного магазина (1) множеством винтов, с помощью того что:
* открывается, по меньшей мере, один держатель винта сменного магазина,
* укладывается один или по одному винту в один, соответственно по одному в открытый держатель винта сменного магазина, и
* закрывается, по меньшей мере, открытый держатель винта, и
- перемещение снаряженного сменного магазина в зону работы, по меньшей мере, инструмента для завинчивания системы завинчивания.
Способ может дальше включать следующий этап:
- подвижную установку сменного магазина в расположенном в зоне работы по меньшей мере, инструмента для завинчивания системы завинчивания держателе магазина.
Способ может дальше включать следующий этап:
- пошаговое перемещение сменного магазина так, что все держатели винтов один за другим перемещаются в определенную передаточную позицию.
Способ может дальше включать следующий этап:
- извлечение, по меньшей мере, винта из сменного магазина с помощью, по меньшей мере, инструмента для завинчивания, с помощью того, что:
* винт захватывается инструментом для завинчивания, и
* держатель винта перемещается из закрытого положения в открытое положение, и
* инструмент для завинчивания извлекает винт из держателя винта.
Ниже различные аспекты предложенных способа и устройств более подробно поясняются с помощью примера осуществления и приложенных чертежей. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 - вид в аксонометрии сменного магазина;
фиг. 2 - вид сбоку сменного магазина;
фиг. 3 - первое поперечное сечение сменного магазина;
фиг. 4 - второе поперечное сечение сменного магазина;
фиг. 5 - вид в аксонометрии держателя сменного магазина;
фиг. 6 - вид сбоку держателя сменного магазина с расположенным на нем сменным магазином;
фиг. 7 и фиг. 8 - два других вида держателя сменного магазина; и
фиг. 9 - система завинчивания с инструментами для завинчивания, а также сменным магазином, который установлен в держателе сменного магазина.
Сменный магазин 1, который в различных видах представлен на фиг. 1-4, включает несколько держателей 11 винтов, которые расположены на расстоянии один от другого на прямой линии расположения. На два держателя 11 винтов расположено устройство 12 для открывания, так что каждому держателю 11 винта придано устройство 12 для открывания, которое служит для автоматизированного перемещения держателя винта из закрытого положения, в котором удерживается винт S, в открытое положение, в котором винт S деблокируется.
Каждый держатель 11 винта включает способных поворачиваться один за другим два поворотных рычага 111, которые благодаря воздействию соответственно на каждый (не представленной здесь) первой пружины удерживаются в открытом положении и против усилия этой первой пружины могут перемещаться в закрытое положение. На свободных концах поворотных рычагов 111 на опорах с возможностью перемещения против действия второй пружины 113 установлено по одной зажимной губке 112. Поворотные рычаги 111 могут фиксироваться в закрытом положении, и подпружиненная установка зажимных губок 112 обеспечивает то, что держатель 11 винта может удерживать винты S различного диаметра.
Устройство 12 для открывания ответственно как за фиксацию поворотных рычагов 111 в закрытом положении, так и за деблокирование поворотных рычагов 11 из закрытого положения в открытое положение. Оно включает два ригельных болта 122, которые могут смещаться в горизонтальном направлении наружу против усилия соответственно одной третьей пружины 123. Приводной болт 121 может вертикально смещаться таким образом, что он вызывает горизонтальное перемещение наружу обоих ригельных болтов 122, благодаря чему оба поворотных рычага 111 деблокируются и затем поворачиваются из закрытого положения наружу в открытое положение, то есть прочь от винта S.
Благодаря перемещению наружу ригельных болтов 122 снимается фиксация поворотных рычагов 111 в закрытом положении. Одновременно оба ригельных болта 122 фиксируются в своем наружном положении, то есть ригельный болт 122 против усилия третьей пружины 123 удерживается в этой позиции. Деблокированные благодаря снятию фиксации поворотные рычаги 111 перемещаются с помощью усилия (не представленных здесь) обеих первых пружин из закрытого положения в открытое положение. Если поворотные рычаги 111 при снаряжении сменного магазина винтами S перемещаются против усилия первых пружин из открытого положения в закрытое положение, то они в нем фиксируются, в то время как одновременно снимается фиксация ригельных болтов 122, и они с помощью усилия третьих пружин 123 снова возвращаются во внутреннюю позицию.
Чередующееся расположение держателей 11 винтов и устройств 12 для открывания обеспечивается с помощью двух расположенных сбоку планок, на которых расположена соответственно первая направляющая 13. Кроме того сменный магазин 1 имеет зубчатую рейку 14.
Держатель 2 магазина, который на фигурах 5-8 представлен в различных видах, включает основную структуру 21 с элементом для открывания, который в конкретном примере осуществления состоит из штифта 221, который закреплен на опорной пластине 222, а также двух цилиндров 223 с коротким ходом, которые могут перемещать опорную пластину 222 со штифтом 221 взад и вперед.
Дальше в основной структуре установлены две вторые направляющие 23, в которые может устанавливаться сменный магазин 1 со своей первой направляющей 13. В конкретном примере осуществления обе вторые направляющие 23 выполнены сегментированными, то есть два коротких, коллинеарно расположенных сегмента направляющей образуют вторую направляющую 23, которая в качестве неподвижной опоры линейной направляющей размещает первую направляющую 13 сменного магазина 1 в качестве подвижной опоры линейной направляющей.
Кроме того, в основной структуре 21 установлено приводное устройство 24, которое в конкретном примере осуществления включает серводвигатель 241 и установленный на валу серводвигателя 241 шестерню 242.
Если сменный магазин 1, как представлено на фиг. 6, со своими первыми направляющими 13 установлен на вторых направляющих 23 держателя 2 магазина, то сменный магазин может перемещаться вдоль образованной благодаря этому линейной направляющей относительно держателя магазина.
Приводное устройство 24 благодаря тому, что в конкретном примере осуществления шестерня 242 серводвигателя входит в зацепление с зубчатой рейкой 14 сменного магазина 1, может обеспечивать пошаговое перемещение сменного магазина 1 вдоль линейной направляющей, так что постепенно все держатели 11 винтов перемещаются в передаточную позицию, в которой удерживаемый в соответствующем держателе 11 винта винт может сниматься инструментом для завинчивания.
Эта передаточная позиция в примере осуществления находится в месте, которое на фиг. 8 отмечено видимой там выемкой опорной пластины 222 элемента 22 для открывания. Эта выемка служит в этом конкретном примере осуществления для того, чтобы сделать возможным проход расположенного под ней инструмента для завинчивания, после того как он извлек винт S из находящегося в данный момент на передаточной позиции держателя 11 винта. Сам сменный магазин 1 на фиг. 8 не представлен, тем не менее, на фиг. 6 видно, что средний из изображенных там пяти держателей винтов находится прямо на передаточной позиции. Сам инструмент 3 для завинчивания не представлен ни на фиг. 8 ни на фиг. 6, но на фиг. 9 показано примерное применение, при котором все описанные до сих пор компоненты взаимодействуют как описано дальше. Тем не менее, следует заметить, что описанный сменный магазин со всеми аспектами может предпочтительно применяться с успехом в любой системе завинчивания, то есть, например, также в промышленном роботе с 6-ю осями или тому подобном.
В представленной в качестве примера на фиг. 9 системе завинчивания две линейные направляющие 31, 32 расположены перпендикулярно друг другу так, что оба инструмента 3 для завинчивания могут перемещаться в горизонтальной плоскости к любому месту, чтобы иметь возможность завинчивать расположенные выше системы завинчивания винты.
Стационарно по отношению к расположенному в выбранном изображении слева инструменту 3 для завинчивания установлен держатель 2 магазина, который оттуда перемещается в горизонтальной плоскости с инструментом 3 для завинчивания. На держателе 2 магазина находится сменный магазин 1, который может пошагово перемещаться относительно держателя 2 магазина и таким образом относительно инструмента 3 для завинчивания таким образом, что каждый держатель 11 винта может перемещаться в передаточную позицию. Передаточную позицию можно узнать на фиг. 9 по проходящему снизу вверх сменного магазина 1 шпинделю завинчивания инструмента 3 для завинчивания.
Расположенный ниже передаточной позиции инструмент 3 для завинчивания может переставляться в продольном направлении. Сначала инструмент 3 для завинчивания входит снизу в контакт с головкой винта S, пока расположенный на конце шпинделя завинчивания торцовый ключ не захватит головку винта.
Цилиндры 223 с коротким ходом потом поднимают опорную пластину 222 со штифтом 221 элемента 22 для открывания, в результате чего штифт 221 воздействует на приводной болт 121 устройства 12 для открывания, которое придано держателю 11 винта, находящемуся прямо на передаточной позиции. Благодаря этому приводной болт 121 разжимает оба ригельных болта 122, вследствие чего поворотные рычаги 111 держателя 11 винта перемещаются в открытое положение. Теперь шпиндель завинчивания винтовёрта 3 с винтом S может перемещаться через сменный магазин 1 вверх к месту завинчивания и осуществлять процесс завинчивания.
Затем шпиндель завинчивания снова втягивается, пока торцовый ключ на конце шпинделя завинчивания не будет находиться ниже сменного магазина 1. С помощью приведения в действие приводного устройства 24 сменный магазин 1 перемещается дальше относительно держателя 2 магазина и таким образом относительно инструмента 3 для завинчивания, пока следующий держатель 11 винта не будет находиться в передаточной позиции, и осуществление способа начинается заново.