专利名称：用于操作安装在操作器械处的工具的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用作机床(Werkzeugmaschine)的操作器械，例如多轴式的工业机器人，带有至少一个活动的铰接臂，在它的自由端处布置有用于带有工具的工具架的主轴驱动件。
背景技术：
随着自动化程度的提高，机器人更多地被用作机床，其中，至少一个活动的机器人臂在它的自由端处装备有主轴驱动件，主轴驱动件用作对于相应保持在工具架中的工具的驱动。当自动化地使用机器人时，工具更换可能存在障碍(Huerde)，即通常从工具存储系统中取出的相应必须的工具的配备。起初，工具存储系统被应用在用于加工中心的机床范围中。工具存储系统被用以准备不同的工具(这意味着根据结构、加工方法和/或用于相应加工步骤的尺寸)。这些所谓的工具存储系统提供优点，即对于工具更换，设备操作员或管理员不是必须进入到该设备中或到该过程中以便执行工具更换。常用的工具存储系统或者根据标准实施或者而它们作为特别解决方案设置用于特别用途。此处理由在于，工具存储系统是不可扩展的或者难以扩展。但是这也意味着，工具的布置不可自由选择。在机床技术中以及对于操作器械，应用工具存储系统以便利用不同的工具或操纵器执行不同的用途或者生产方法。工具存储系统由各个工具存放台组成。存放台的布置由机床的传统或者由对设备的要求产生。工具存储系统的不同结构影响工具存放台的布置或设计。工具存放台一方面可实施成使得工具仅仅被存放并且通过自身重量(这意味着通过重力)或者通过存放台的结构保持在位置上。但工具通过优选地可远程操作的夹具保持在位置中也可能是必须的。这种夹具可以是气动、电动或液压操作的。除此之外，为了执行对于工具存放台可能的装夹方法，通常需要至少一个供应线路以及带程序逻辑电路的控制部以进行它的操作。
发明内容
与现有技术相比本发明的目的在于，使开头所提到的类型的用作机床的多轴式的工业机器人能够快速并且工作可靠地进行工具更换以及说明用于操作所指出的可能性的方法。该目的根据本发明通过权利要求1的标明的特征而实现。由此设置成，活动的铰接臂使主轴驱动件运动到指定的工具存放台，在此处铰接臂拾取存放在那里的配备有相应工具的工具架或将其存放在其中。当继续提到工具时，始终指的是工具和工具架的单元。工具架一方面准备联接到主轴驱动件处，优选地自动联接，而另一方面设置成拾取每个工具，带有工具的工具架在一定程度上形成结构单元。这里有利的是，已经已知的工具存放台在本发明的另外的改进方案中以模块化的方式设计。这意味着，它可与一个或更多个类似的工具存放台一起构造成工具存储系统，工具存储系统由一个或多个用作机床的操作器械促动(anfahren)和使用。根据本发明的另外的改进方案，相应的模块化的工具存放台的工具接收部可匹配为存放而相应设置的工具。在根据本发明的改进方案中，匹配也可由此确保，即模块化的工具存放台的工具接收部为了匹配为存放而相应设置的工具是可更换的。根据本发明的优选的实施形式，每个模块化的工具存放台装备有工具实时传感装置，其检测相关的工具存放台的加载情况并且显示出来。由此确保，尤其当总的工具更换被程序控制地执行时，相关的操作器械使在它的铰接臂处的主轴驱动件不会为了拾取工具运动到空的工具存放台，或者操作器械不尝试在已经被占用的工具存放台处存放配备有工具架的主轴驱动件。根据本发明的优选的设计方案，每个模块化的工具存放台具有两体式主体、两个夹钳以及由一个或多个弹簧组成的用于作用于夹钳的弹簧装置。在此，两体式主体同时也提供对可摆动运动的夹钳的引导部，夹钳借助于同样设置的弹簧可在闭合方向上彼此作用。弹簧装置在此不仅可同时作用于两个夹钳而且可设置成使得每个夹钳独立于另一个被作用，这意味着每个夹钳配有至少一个弹簧。在此，弹簧可构造为盘簧、板簧、螺旋弹簧或者必要时也可为压力弹簧或拉力弹簧。优选地在本发明的另外的设计方案中设置成，操作器械用于工具更换，也即用于工具拾取或者用于工具存放，轨道控制地或力控制地促动指定的工具存放台。在此有利的是，用于工具更换的操作器械到达在指定的工具存放台处的取出位置或转移位置，其中，由于固有的误差，对于小的局部的偏差给予很好的补偿可能性。此外根据本发明的特别优选的实施形式设置成，操作器械在取出位置中利用主轴驱动件锁止或取出存放在工具存放处中的工具保持件。这意味着，操作器械和与工具架一定程度上连接成一体的被拾取的工具形成单元。对应地对于工具更换设置成，用于存放工具的操作器械驶到指定的工具存放处， 将与主轴驱动件连接的工具保持件存放在其中，然后松开锁止并且从工具存放台离开(这意味着在没有工具保持件的情况下)。根据本发明原理上每个工具架都可使用，其中，工具架匹配相应规定的主轴驱动件-工具架-标准，例如ISO或HSK0同样也可设置成，由操作器械操纵的工具拾取部通过它的引导部分以及它的夹钳的相应更换可匹配其它的主轴驱动件-工具架-标准，例如ISO或HSK。在此，相关的部分， 也即相应的引导部分和优选地简单地与工具拾取部连接的两个夹钳可容易地松开。此外也给出一种方法，根据该方法，装备有主轴驱动件和联接在其处的工具架的操作器械与模块化设计的工具存放台根据本发明实现共同作用。相应地，还给出一种用于自动操作由布置在操作器械的铰接臂的自由端处的主轴驱动件保持的工具保持件的方法，当工具更换时，工具保持件设置成存放在模块化的工具存放台中，根据本发明其特征在于，工具保持件由操作器械轨道控制地或力控制地运输到指定的工具存放台并且与之相接合，对于工具交换，也即对于工具存放，主轴驱动件在工具保持件中的锁止被松开并且操作器械的主轴驱动件离开相关的工具存放台。以相同的方式，该方法也用于自动操作布置在操作器械的铰接臂的自由端处的主轴驱动件。当工具更换时，主轴驱动件设置成用于在模块化的工具存放台处拾取工具保持件。按照根据本发明的设计方案，主轴驱动件由操作器械轨道控制地或力控制地运输到指定的模块化的工具存放台，被引入和提升到位于其中的工具保持件中并且与工具保持件相接合，紧接着为了工具拾取，主轴驱动件在工具保持件中锁止并且主轴驱动件连同由操作器械以力配合和形状配合的方式连接在其上的工具保持件离开相关的工具存放台。对根据本发明的上文描述的方法过程进行补充，在本发明的改进方案中，用于自动操作由操作器械操作的工具架的更换的方法特征在于，操作器械的运动过程的执行手动地或者借助于程序化的控制而实现。在此特别有利的是，每个手动的接合能够保持，这是因为由一方面配备有工具的操作器械和另一方面工具存放处形成的系统按照它的根据本发明的设计彼此自动起作用。
概括地再次简短指出关于本发明的重要的方面。操作器械例如带主轴驱动件的工业机器人可认为是本发明的出发点。主轴驱动件装备有手动的或自动的工具更换器。本发明的内容是由上文提到的操作器械和带有标准化的机械接口 (schnittstelle)的模块化的工具存放台组成的系统，工具存放台在没有附加的能量供应的情况下也能够使用。以模块化的工具存放台为基础，工具存储系统单独通过标准化的机械接口可组织和扩展。机械接口在此实施成使得各个工具存放台可彼此连接并且由此工具存放器可任意扩展。通过模块化，工具存放台的数目可自由选择。工具存放台的模块结构可适应于不同的主轴驱动件-工具架-标准，例如HSK或 ISO。在此，仅仅必须更换模块化的工具存放台的接收部。工具存放台不需要附加的能量供应来使工具保持在位置中。集成的工具实时传感装置的信号通过程序进行被处理并且通过编程者-操作器械的图像化的界面(HMI-人机界面)提供给操作员关于工具存放台的实际的状态诸如关于相关的工具的情况，已知例如关于磨损或它的测定。此外还设置成，对于操作器械的工具更换，相应的状态显示在图像化的操作员界面上。在此尤其设置成可检测工具的存放地点的数据，它的相应大小或尺寸、因为磨损它的使用寿命或者它的更换时刻，使得这些数据随时可由操作员获得。此外补充地，当到达工具的磨损极限时可发出警报，警报造成引入对应的措施。本发明的这些和另外的有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的内容。
根据本发明的在附图中显示的实施示例，详细说明和描述本发明、本发明的有利的设计方案和改进方案以及本发明的特别的优点。其中图1显示根据本发明的工具存放台从上面看的斜视图；图2显示当存放工具时在三个不同位置中的根据图1的工具存放台以及图3显示当拾取工具时在三个不同位置中的根据图1的工具存放台。
具体实施例方式在图1中显示根据本发明的工具存放台10从上面看的斜视图。它具有由成两部分14、16组成的主体12，在其中可摆动运动地布置有镜像对称的两个夹钳18。主体12具有带倒角的矩形基本结构，倒角为由多个根据本发明的工具存放台10 形成的工具存储器的模块化的结构提供最好的必要条件。主体12的下部14形成两个夹钳18的摆动基础，两个夹钳18被主体12的上部16。此外，在主体12中布置有未详细显示的弹簧装置，其作用于两个夹钳18到闭合位置中。由此，夹钳18的脚平行于主体12的侧棱伸延。在主体12的前面的入口侧处引导部分20布置到主体12的上部16处，引导部分 20设有半圆状的支圈(Tragkranz) 22，其用作对存放在工具存放台10中的工具的支撑套和引导部。半圆状的支圈22相应地在两个夹钳18的内侧处的对应的模制部M中延续。夹钳18在它的自由端处设有标明为导入斜边(Einfuehrfase) 28的斜面，其提供夹钳18的压力控制的打开和由此到工具存放台10的入口以及设置成被存放在工具存放台10中的工具的安全的拾取。最后，在主体12的上部16处当中布置有加载传感器或实时传感器沈，其当工具存放到工具存放台10中时由工具激活并且因此指示工具存放台10的加载情况。两个夹钳18在闭合位置中各限制大约八分之一圆，其中，在夹钳18的彼此面向的自由端之间设置有间隙，其用于工具的存放或者位于工具存放台10中的工具的拾取。如果使用其它的工具架类型，利用本发明将引导部分20以及两个夹钳18完全与匹配新的工具架类型的这些进行更换没有丝毫困难。接下来根据图2应该描述工具更换，更确切地说，是存放过程。当对于工具更换初始化时，工业机器人行驶到在工具存储器附近至或者根据程序的选择或者根据手动的选择选取的工具存放台10的位置中。工业机器人携带配备有工具的在主轴驱动件处的工具架轨道控制地或力控制地直线行驶至工具存放台10。夹钳18装备有用于相应工具架类型的引导辅助件。在自由端处设有工具架30的机器人臂压向在夹钳18处的导入斜边观并且由于工业机器人的力作用夹钳18打开。夹钳18和弹簧的布置设置成使得工具存放台10在导入过程中在侧向的偏移(Versatz)中可以存在一定的误差。工具架30在引导部22J4上滑动到工具存放处中。由于弹力，夹钳18关闭并且由此将工具架30固定在它的位置中。工具实时传感装置26报告“工具存在”并且该报告在例行程序中被再加工并且对于操作员显示为可见的。主轴驱动件在松开集成的锁止之后使工具架30自由并且工业机器人行驶到安全的位置。通过弹力夹钳被闭合直到最终位置并且由此对于工具更换确保工具架30的可重复的和安全的存放位置和拾取位置。现在就工具的拾取过程来描述工具更换的过程。当工具拾取初始化时，工业机器人携带空的主轴驱动件行驶到工具存储器中的取出位置。待取得的工具的选择可以通过程序地或者通过由操作员的选择实现。工业机器人轨道控制地或力控制地直线行驶到取出位置。主轴驱动件锁止工具架并且从工具存放处10 中驶出。在此工具架30对夹钳18施压并且克服弹簧的闭合力。弹簧和夹钳18的布置允许侧向的误差。当工具架30的最大直径克服夹钳18时，夹钳18通过弹力再次闭合。工具实时传感装置26报告“没有工具存在”，该报告在例行程序中被再加工对于操作员显示为可见的。工业机器人携带在主轴驱动件中的工具架行驶到安全的位置并且等待从操作员方面的另外的输入或者在程序流程中继续。附图标记清单
10工具存放台
12主体
14下部
16上部
18夹钳
20引导部分
22半圆状的支圈
24夹钳处的模制部
26实时传感器
28导入斜边
权利要求
1.一种用作机床的操作器械，尤其是多轴式的工业机器人，其带有至少一个活动的铰接臂，在所述铰接臂的自由端处布置有用于带有工具的工具架的主轴驱动件，其特征在于，所述操作器械使布置在所述铰接臂处的所述主轴驱动件运动到指定的工具存放台，在所述工具存放台处，所述主轴驱动件拾取带有工具的所述工具架或将它放在此处。
2.根据权利要求1所述的操作器械，其特征在于，所述工具存放台以模块化的方式设计。
3.根据权利要求2所述的操作器械，其特征在于，相应的模块化的所述工具存放台的工具接收部能够匹配为存放而相应设置的所述工具。
4.根据权利要求2或3所述的操作器械，其特征在于，模块化的所述工具存放台的工具接收部为了匹配为存放而相应设置的所述工具而能够更换。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的操作器械，其特征在于，每个模块化的工具存放台装备有工具实时传感装置。
6.根据权利要求5所述的操作器械，其特征在于，所述工具实时传感装置检测相关的所述工具存放台的加载情况并且显示出来。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，每个模块化的工具存放台具有两体式主体、两个夹钳以及用于作用于所述夹钳的弹簧装置。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械为了工具更换，也即为了工具拾取或者为了工具存放，而轨道控制地或力控制地促动指定的所述工具存放台。
9.根据权利要求8所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械为了工具更换而直线驶到在指定的所述工具存放台处的取出位置或转移位置。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械在所述取出位置中利用所述主轴驱动件锁止或取出存放在工具存放处中的工具保持件。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，所述操作器械为了存放工具而驶到指定的所述工具存放处，松开锁止并且在没有工具保持件的情况下离开，其中，在所述工具存放中，存放与所述主轴驱动件连接的所述工具保持件。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，所述工具架能够匹配相应规定的主轴驱动件-工具架-标准，例如ISO或HSK。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，所述工具拾取在所述夹钳的布置方面和在所述夹钳的旋转或摆动点以及所述弹簧装置的作用点方面能够实现误差补偿。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的操作器械，其特征在于，由所述操作器械操纵的所述工具接收部通过它的引导部分以及它的夹钳的相应的更换能够匹配其它的主轴驱动件-工具架-标准，例如ISO或HSK。
15.一种用于自动操作由布置在操作器械铰接臂的自由端处的主轴驱动件而保持的工具保持件的方法，当工具更换时，所述工具保持件设置成存放在模块化的工具存放台中，其特征在于，所述工具保持件由所述操作器械轨道控制地或力控制地运输到指定的所述工具存放台并且与之相接合，对于工具更换，也即对于工具存放，所述主轴驱动件在所述工具保持件中的锁止被松开并且所述操作器械的主轴驱动件离开相关的所述工具存放台。
16.一种用于自动操作布置在操作器械的铰接臂的自由端处的主轴驱动件的方法，当工具更换时所述主轴驱动件设置成用于在模块化的工具存放台处拾取工具保持件，其特征在于，所述主轴驱动件由所述操作器械轨道控制地或力控制地运输到指定的模块化的所述工具存放台，并且下降到位于其中的所述工具保持件中，并与所述工具保持件相接合，为了工具拾取，所述主轴驱动件在所述工具保持件中锁止，并且所述主轴驱动件连同通过所述操作器械以力配合和形状配合的方式连接在其上的所述工具保持件离开相关的所述工具存放台。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的用于自动操作由操作器械操作的工具架的更换的方法，其特征在于，所述操作器械的运动过程的执行手动地或者借助于程序化的控制而实现。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的用于自动操作由操作器械操作的工具架的更换的方法，其特征在于，在所述操作器械方面所述工具更换的相应的状态显示在图像化的操作员界面上。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的方法，其特征在于，工具的存放地点的数据，所述工具的相应的大小或尺寸、磨损导致的它的使用寿命或者它的更换时刻被检测并且随时可由操作员获得。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，当到达工具的磨损极限时，发出警报。
全文摘要
本发明涉及一种用作机床的操作器械，例如多轴式的工业机器人，带有至少一个活动的铰接臂，在它的自由端处布置有用于带有工具的工具架(30)的主轴驱动件，其中，铰接臂使主轴驱动件运动到指定的工具存放台(10)，在此处铰接臂拾取设有工具的工具架或将其存放在其中，以及一种用于执行自动操作的方法。
文档编号B25J15/04GK102202837SQ200980140335
公开日2011年9月28日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年10月6日
发明者R·克拉平格, S·格法特 申请人:Abb股份公司