用于自动更换磨削件的更换站的制作方法
本发明涉及一种更换站，其使机器人辅助的磨削装置能够实现自动更换磨削件(例如，砂轮)。
背景技术：
经常在工业和手工业中使用磨床，例如轨道磨床。轨道磨床是一种磨床，在该磨床振荡运动(振动)时，叠加围绕旋转轴线的转动移动。其经常用于最终加工对表面质量高要求的表面。由此，为了实现该要求，应当在磨削过程期间尽可能避免不均匀性。这实际上主要由此发生，该目的特别在低件数制造时由有经验的专业工人实施。
在机器人辅助的磨削装置中，磨削工具(例如，轨道磨床)由机械手，例如工业机器人引导。在此，磨削工具可以以不同的方式与所提及的机械手的tcp(工具中心点)相连结，使得机械手可以实际上任意调整工具的位置和朝向。工业机器人通常是位置控制的，这使得tcp可以沿着所希望的轨道精确移动。为了在机器人辅助的磨削时达到良好的结果，在许多应用中，需要调节加工力(磨削力)，这仅利用传统的工业机器人经常难以以足够的精度来实现。，对于控制器(闭环控制器)可以足够快地对加工力的波动作出反应，工业机器人的大且重的臂区段具有太大的惯性。为解决该问题，可以在机械手的tcp与磨削工具之间布置与工业机器人相比较更小的线性执行器，该线性执行器将机械手的tcp与磨削工具连结。线性执行器仅控制加工力(即在工具与工件之间的压紧力)，而机械手以位置控制的方式沿着可预设的轨道共同移动磨削工具与线性执行器。
磨床(例如，轨道磨床)利用薄的、灵活的和可拆卸的砂轮工作，该砂轮固定在承载盘上。砂轮例如由以磨削颗粒涂抹的纸(或者其它纤维复合材料)组成并且可以例如借助于尼龙搭扣(钩环紧固件，魔术贴紧固件)固定在承载盘处。在机器人辅助的磨削装置中也经常手动更换磨损的砂轮。即使，存在用于更换砂轮的、机器人辅助的更换站的一些概念，但实现已知的解决方案相对来说复杂，成本过高并且因此昂贵。例如，公开文献ep2463056a2描述了一种机器人辅助的磨床，其具有用于自动取走用旧的磨床的装置，以及自动安装新砂轮的方法。然而，发明者认识到这种和其它已知的装置和方法在一些应用中(例如，在轨道磨削中)存在若干的缺陷。
因此，可以看到基于当前发明的目的是，提供一种改进的装置和相应的方法用于将砂轮从磨床取走并且将砂轮安装在磨床上。
技术实现要素：
上面提及的目的通过根据权利要求1的用于自动固定砂轮的装置，通过根据权利要求23的用于从机器人辅助的磨削装置的磨床自动分离砂轮的装置，通过根据权利要求14和28的方法以及通过根据权利要求31和32的用于更换机器人辅助的磨削装置的砂轮的系统来实现。不同的实施方案和改进方案是从属权利要求的主题。
描述了一种给机器人辅助的磨削装置的磨床自动装备砂轮的装置。根据一个实施例，装置具有用于容纳砂轮堆的支承面和框架。该框架基本上平行于支承面来布置，使得砂轮堆处在支承面与框架之间，其中，所述框架仅部分与砂轮堆的最上方的砂轮的外边缘重叠。此外，装置包括机械预加载单元，该单元与框架相连结，使得由框架施加限定的力到砂轮堆上。
此外描述一种用于将砂轮从具有磨床的机器人辅助的磨削装置自动取走的装置。根据一个实施例，装置包括框架，与框架相连的分隔板，与框架相连的支承面。分隔板和支承面与框架相连结，使得在分隔板与支承面之间沿第一方向相对移动成为可能。在此，分隔板和支承面布置成使得当砂轮贴靠在支承面处并且分隔板和砂轮朝向彼此移动时，分隔板的第一棱边被推到砂轮上。
此外，描述了一种用于将砂轮从机器人辅助的磨削装置自动去除的方法。根据一个实施例，本方法包括朝着支承面压紧砂轮，该支承面基本上平行于分隔板来布置，并且在分隔板与支承面之间实施相对移动，使得分隔板和砂轮朝向彼此移动，直到分隔板切入到砂轮和承载盘之间的间隙中，砂轮安装在该承载盘上。最后从支承面提起承载盘，从而将砂轮从承载盘移除。
此外，描述了一种用于将砂轮自动安装到机器人辅助的磨削装置的方法。根据一个实施例，本方法包括借助于机械手对齐磨床的承载盘，使得承载盘下侧处于基本上平行于砂轮堆上侧。此外，本方法包括借助于执行器将承载盘压紧在砂轮堆上，该执行器连结在机械手与磨床之间，使得砂轮堆的最上方的砂轮粘着在承载盘处。最后，借助于机械手和/或执行器将磨床与砂轮一起提升。
最后，描述了一种用于更换机器人辅助的磨削装置的砂轮的系统。根据一个实施例，该系统具有以下：具有框架和分隔板的用于将砂轮从磨床取走的装置，机械手，其配置为相对于分隔板定位和移动磨床。在此，磨床和分隔板的相对移动仅由机械手实现。具有框架和分隔板的用于取走砂轮的装置不需要单独的驱动器。
根据另一实施例，系统具有用于容纳砂轮堆的仓；机械手，其配置为相对于仓定位和移动磨床；和执行器(20)，该执行器布置在磨床与机械手之间并且配置为将磨床压向砂轮堆的最上方的砂轮。在此，在磨床与仓之间的相对移动仅由机械手或者由机械手和执行器(20)产生。
附图说明
本发明接下来按照由图所示的示例详细地来阐述。图示并非必然按比例的并且本发明不仅限于所示方面。而是重点在于说明本发明的基本原理。其中：
图1示意性地显示机器人辅助的磨削装置的示例；
图2示意性地显示磨削工具和砂轮以及砂轮固定在磨削工具上；
图3显示具有用于控制加工力的线性执行器的磨床的等距图；
图4a-c显示用于将砂轮自动从图3的磨削工具自动取走的装置的第一示例以及不需要单独的驱动器使用该装置；
图5a-c显示源自图4相同的示例，其中，更详细地显示取走砂轮的过程；
图6a-d显示用于将砂轮自动从图3的磨削工具自动取走的装置的第二示例以及同样不需要单独的驱动器使用该装置；
图7a-d显示用于将砂轮自动从图3的磨削工具自动取走的装置的第三示例以及使用该装置，其中，该装置具有单独的驱动器；
图8a-b显示在轨道磨床情况中对齐砂轮的角度位置；
图9显示基于摄像机对齐砂轮的角度位置的示例；
图10显示借助于距离传感器对齐砂轮的角度位置的示例；
图11显示用于将(未磨损的)砂轮自动固定到图3的磨削工具的装置的示例以及同样不需要单独的驱动器使用该装置；
图12显示砂纸仓的俯视图，如其用在根据图8的装置中；
图13显示用于表现在这里描述的用于自动更换砂轮的方法的示例的流程图。
具体实施方式
在详细描述当前发明的不同的实施例之前，首先描述机器人辅助的磨削装置的实施例。该装置包括机械手1(例如，工业机器人)和具有旋转的磨削工具(例如，轨道磨床)的磨床10，其中，磨削工具与机械手1的所谓的工具中心点(tcp)经由线性执行器20相连结。在工业机器人具有六自由度情况下，可以由四个区段2a、2b、2c和2d构造机械手，每个区段经由铰链3a、3b和3c相连。在此，第一区段通常刚性地与基座41相连(然而这不是必须强制的情况)。铰链3c连接区段2c和2d。铰链3c可以是双轴的并且实现区段2c围绕水平旋转轴(仰角)和垂直旋转轴(方位角)转动。铰链3b连接区段2b和2c并且实现区段2b相对于区段2c的位置摆动运动。铰链3a连接区段2a和2b。铰链3a可以是双轴的并且因此实现沿两个方向的摆动运动(与铰链3c相似)。tcp具有相对于区段2a固定的位置，其中，这通常还包括转动铰链(未示出)，实现围绕区段2a的纵向轴线a的转动运动(在图1中以虚点线显示，与磨削工具的转动轴线相对应)。铰链的每个轴分配有执行器，该执行器可以引起围绕相应的铰链轴线的转动运动。在铰链中的执行器由机器人控制器4根据机器人程序来控制。
机械手1通常是位置可控的，即机器人控制器可以确定tcp的姿态(位置和方向)并且沿着预先确定的轨道移动tcp。在图1中，tcp所在的区段2a的纵轴线以a标记。当执行器20贴靠在端部挡块处时，tcp的姿态也确定磨削工具的姿态。如开头已经提及的，执行器20用于在磨削过程期间可将在工具(磨床10)与工件40之间的接触力(加工力)调整到所希望的值上。通常直接通过机械手1控制力，对于磨削应用太不精确，因为由于机械手1的区段2a-c的高惯性实际上不能快速补偿具有传统机械手的力峰值(例如，在将磨削工具放置到工件40上时)。由于该理由，机器人控制器配置为控制机械手的tcp的姿态，而力控制仅由执行器20完成。
如已经提及的，可以在磨削过程期间借助于(线性)执行器20和力控制器(例如，可以在控制器4中实现)调整在工具(磨床10)与工件40之间的接触力fk，使得在磨削工具与工件40之间的接触力(沿纵轴线a方向)与可预设的额定值相符。在此，接触力是执行器力的反作用，线性执行器20利用该执行器力压到工件表面。在工件40与工具之间无接触时，执行器20由于在工件40处无接触力而向前移动到端部挡块。机械手1的位置控制器(同样可以在控制器4中实现)可以完全独立于执行器20的力控制器工作。执行器20不负责磨床10的定位，而仅负责调整和维持在磨削过程期间所希望的接触力和检测在工具和工件之间的接触。执行器可以是气动执行器，例如双动式气动缸。然而也可以应用其它气动执行器、例如波纹管式液压缸和气动肌肉。作为备选，也可考虑电气直接驱动(无离合)。应指出，执行器20的作用方向不是必须必要地与机械手的区段2a的纵轴线a一致。
在气动执行器情况中，以自身已知的方式借助于调节阀、控制器(在控制器4中实现)和压缩空气储罐来实现力控制。然而，具体的实现对于进一步的阐述不重要并且因此也不详细阐述。
磨床10具有砂轮11，该砂轮安装在承载盘12(backingpad)上。承载盘12的表面或者砂轮11的背面或者两个表面已构造成使得砂轮11在接触时容易粘着在承载盘12上。例如，使用尼龙搭扣(钩环紧固件)，使得保持砂轮11粘着在承载盘12上。也可考虑可松开的卡锁连接或者相似的连接。图2a显示具有安装的砂轮11的磨床10。磨床10在当前实施例中是轨道磨床，在该轨道磨床中承载盘12与砂轮11共同经由偏心轴承驱动，使得转动轴线a具有偏心率e，该偏心率与在轴a和a’之间的间距相符。在运行时，承载盘由磨床10的电动机驱动并且砂轮11与承载盘12共同旋转。在轨道磨床的情况中，承载盘12实施更复杂的运动、即围绕两个平行的、具有限定的轴位移的转动轴旋转。砂轮11例如由以磨削颗粒涂抹的纸(或者其它纤维复合材料)组成，是灵活的(可弯曲)并且可以从承载盘取出。图2b显示取出了砂轮11的磨床10。砂轮11(以及承载盘12)可具有孔h，通过该孔可以吸走磨削粉。穿孔砂轮的示例例如在图2c中所示。不仅孔h而且砂轮的偏心率e会在安装新的砂轮时有问题，因为不仅承载盘12关于转动轴a’的角度位置(和由此孔h的位置)而且转动轴a’关于纵轴线a的角度位置(对称轴)未先验定义。此外也会发生是，安装新砂轮失败，机器人控制器未察觉错误，这导致，机器人试图在无砂轮11的情况下磨削工件并且因此损坏承载盘12。
在图3中显示安装在执行器20处的磨床10的另一实施例。执行器20具有第一法兰21，该法兰可以刚性与机械手1(例如，在图1中的区段2a)相连。机械手的tcp可以例如位于法兰21的中心，在于法兰12面对的执行器20的另一端部处是第二法兰(在图3中被遮挡)，在该第二法兰处安装磨床10。在图3中例如也显示软管的连接15，经由该软管实现吸出磨削粉。在其它图中。尽管利用机器人辅助的磨削装置的磨削过程自动化，但经常还要手动更换砂轮，通过由操作人员以拇指和食指抓住砂轮11的边缘并且由此从承载盘取走。现存的、用于自动更换砂轮的自动化的解决方案相当复杂，其中，例如此复杂性在于，在从机械装置取走前必须抓住砂轮11。在图4、5和6中显示了装置不同的实施例，借助其可以将砂轮从磨床取走。在图7中显示了一种装置，借助于该装置，砂轮可以自动地与机器人辅助的磨削装置的磨床的承载盘相连。
在图4a到4d的图中显示源自图3的装置(具有执行器20的磨床10)和在取走砂轮11期间的各种情况下用于从磨床10分离砂轮11的分离装置2的示例。根据在图4中所示的示例，用于从具有旋转砂轮的磨床取走砂轮的装置包括框架31、与框架31相连的分隔板32以及与框架31相连的支承面。分隔板32和支承面像这样与框架31连结，使实现在分隔板32与支承面33之间沿第一方向(参考图4，方向x)的相对运动。在当前示例中，支承面是滚柱导轨33。在框架处可以固定有销钉39，其目的稍后参考图8来阐述。
滚柱导轨33由多个平行布置的轴35组成，在每个轴处分别支承一个或者多个辊子34，使得该辊子可以围绕相应的轴转动(参考图4b和4c)。轴35的长度大约与滚柱导轨33的宽度相符。每个轴的两个端部机械地与框架相连，在当前示例中，轴35经由夹紧构件(夹紧件36)卡紧在框架31处(例如借助螺栓)。单个辊子34可以经由滚动轴承或者滑动轴承支承在轴处。框架31和由此滚柱导轨33足够宽，使得与机械手1(参考图1)相连的磨床可以像这样压向支承面(通过滚柱导轨33限定)，使得安装在磨床上的砂轮11贴靠在支承面处。在此，平面砂轮11几乎平行于轴35。磨床朝着由滚柱导轨33限定的支承面压紧例如通过执行器20来实现。该执行器也实现控制在滚柱导轨30与砂轮11之间的接触力。然而，与磨削过程不同，精确控制接触力是非强制必要的。
滚柱导轨33的辊子34实现磨床10可移位并且由此与砂轮11一起可以沿着x方向(朝着分隔板32)移位。砂轮11沿着滚柱导轨33的移位运动通过机械手1预设，辊子34或者分隔板32不需要单独驱动。在砂轮11沿x方向朝向分隔板32移动期间，辊子34由于在辊子34与砂轮11之间的滚动摩擦转动。由于辊子34的滚动运动，很大程度上避免了滚柱导轨33的材料磨损。
图4b显示了开始取走砂轮的过程。如提及的，机械手1沿着滚柱导轨33将磨床移到分隔板32。分隔板32相对于滚柱导轨33布置，使得当磨床10与砂轮11压到滚柱导轨33时，分隔板32的棱边切入到在砂轮11与承载盘12之间并且松开在两个部件(砂轮11和承载盘12)之间的粘着。在砂轮11与承载盘12之间尼龙搭扣的情况中，在分隔板32切入到砂轮11与承载盘12之间期间，其通过分隔板32逐步松开。在图4b的细节图示a中显示一情况，在该情况中，磨床10在滚柱导轨33上移到分隔板32，而分隔板32处在切入到在砂轮11与承载盘12之间的间隙中之前。在图4c中显示一情况，在该情况中，分隔板32沿着磨床10的运动方向(方向x)差不多完全切入到在砂轮11与承载盘12之间的间隙中。在砂轮11与承载盘12之间的粘着连接仅更多局部存在于砂轮边缘区域。
当分隔板32切入到在砂轮11与承载盘12之间的间隙中时，在砂轮11与承载盘12之间的粘着连接大部分松开，可以将磨床10从分隔板32上升起(参考图4d沿y方向)，从而砂轮完全从承载盘12移除并且(由重力影响)从承载盘12落下。取走砂轮的过程由此终止并且磨床10准备好容纳新的砂轮11。沿y方向拿下磨床10的运动可以或者通过执行器20或者通过机械手1(或者两者)来实现。
图4e以简化的截面图显示如在图4b中相似的一情况，在该情况中，分隔板32刚切入在承载盘12与砂轮11之间的区域中的一小段距离。此外，显示了颜色传感器62，其布置成使得其对齐分隔板32的下侧。即传感器62“看到”分隔板32的下侧面或者切入到传感器62与分隔板32之间的砂轮11。颜色传感器62可配置为识别某一可指定的颜色(颜色探测器)。例如，颜色传感器62可以校准到分隔板32的颜色(目标颜色是分隔板32的颜色)。示例的二元传感器信号指示，具有目标颜色的对象是否处在传感器前(即在传感器的探测区域/视野中)。
当现在分隔板32在分离过程中如所希望地切入承载盘12与砂轮11之间时，颜色传感器62首先“看到”分隔板32的(例如，金属)颜色并且然后(当分隔板32切入足够远时)“看到”砂轮的颜色(不再是分隔板32的颜色)。颜色传感器62传递信号给控制器(例如，机器人控制器或者位于之前的控制单元)，指示分隔板32不再可见，这表明，正确地地开始分离过程。如果分隔板32的颜色保持可见，这表明，分隔板32未正确地切入承载盘12与砂轮11之间，如在细节x中所示。机器人控制器可以借助于颜色传感器62检测出该(不受欢迎的)情况并且例如开始第二次尝试，将砂轮11从承载盘12松开。备选地(或者当第二次尝试失败时)，机器人控制器可以自动地将机械手与磨床一起移动到维修位置。代替颜色传感器6，也可以使用其它基于颜色探测的传感器。例如，也可以使用接近传感器/接近开关代替颜色传感器。在此，可考虑例如光学接近传感器、超声波-接近传感器以及电感或者电容接近传感器或接近开关。
图5a-c显示源自图4相同的示例，其中，更准确地显示砂轮11从磨床10的承载盘12松开的过程。在图5a-c中左边的图是等距图并且右边的图显示相应的匹配的俯视图。为了更加清楚，图5中仅显示用于取走砂轮10和砂轮11的装置。磨床10和执行器20由于清楚原因而略去。图5a、5b和5c显示在三个时间上连续的时刻分离砂轮11的过程。分隔板32面向砂轮的棱边组包括三个棱边k0、k1和k2(参考图5a)，其中，棱边k0基本上平行于滚柱导轨33的轴35(即与砂轮进给方向x正交)。在此，棱边k0的长度d0(参考图5a，左侧图)基本上小于砂轮11的直径d1(例如2d0<d1)。沿着x方向，分隔板32的宽度b(x)稳定地扩大(其中，b(0)＝d(0))到最大宽度，该最大宽度由框架31的宽度确定。宽度b(x)限定分隔板32的侧棱边k1和k2的间距，该二者在图5a中(右图)以虚线标记。棱边k0、k1和k2可以是直的(在该情况中分隔板的右边部分是梯形的)。在所示示例中仅较前的棱边k0是直的(在角处稍许倒圆)并且棱边k1和k2弧形走向。
在图5a中的情况基本上与在图4b中的情况相对应。即，当磨床10在滚柱导轨33上移到分隔板32时，分隔板32(具体地分隔板最前棱边k0)即将切入到砂轮11与承载盘12之间的间隙前。在此，砂轮11首先仅在相当窄的区域(宽度b(0)＝d(0))中分离，该区域在分隔板32持续切入到砂轮11与承载盘12之间的间隙时变宽(宽度b(x))。可以像这样成型棱边k1和k2，使得在砂轮11沿x方向的行进速度稳定情况下，砂轮每单位时间松开稳定的面积，这可以保持尼龙搭扣稳定低负荷。像这样成型分隔板32(和其棱边k0、k1、k2)，使得当棱边k0完全穿过砂轮11与承载盘12之间的间隙时，砂轮11始终还以在砂轮11的边缘处相对小的面积a1和a2粘着在承载盘12上。该情况如在图5b中所示。在图5c中，砂轮11相比较图5b沿x方向移动得更远并且面积a1、a2(砂轮11还粘着在该面处)已经相对小。在该情况中，砂轮11已经完全离开滚柱导轨33。当砂轮11从在图5c中所示的情况沿x方向还移动更远时，面积a1+a2的总量归零并且砂轮完全分离并且可以在下方从装置脱出。向下的行程不再由滚柱导轨33卡住，因为在砂轮11离开滚柱导轨12之前，砂轮11没有完全从承载盘12最终地分离。以该方式防止砂轮11卡在或者“陷在”滚柱导轨与分隔板32之间。备选地，从在图5c中所示的情况开始，也可以提升磨床。在该情况中，砂轮11也完全从承载盘12分离(也参见图4d)。
在源自图4和5的示例中，由滚柱导轨33形成用于需取走的砂轮11的支承面。备选地代替滚柱导轨33，也可以使用可沿着直线导轨移位的滑块。该变型的示例在图6中所示。图6a到6e的图显示源自图3(磨床10与执行器20一起)的装置和用于在取走砂轮11期间的不同情况下从磨床10取走砂轮11的装置。根据在图6所示的示例，用于从具有旋转的砂轮的磨床取走砂轮的装置包括：与源自图4的先前的示例相似的框架31、与框架31相连的分隔板32以及与框架31相连的支承面，该支承面在当前情况中由滑块33b形成，可沿着直线导轨移位地支承该滑块。例如，直线导轨通过安装在框架31处的滑轨33a形成，可以沿一方向(参考图6a和6b，x方向)在该滑轨上引导滑块33b。
框架31和滑块33b足够宽，使得与机械手1(参考图1)相连的磨床10可以压向支承面(由滑块33b限定)，使得安装在磨床上的砂轮11贴靠在支承面处。在此，平面砂轮11位于近似平行于滑块33b的移动方向(x方向)。磨床压紧滑块33b例如通过执行器20实现。该执行器也可实现控制在滚柱导轨33与砂轮11之间的接触力。如已经提及的，(不同于磨削时)，这里不强制必须精确控制接触力。然而，在砂轮11和滑块33b之间的压紧力应当像这样大，使得产生的静摩擦力阻止在砂轮11和滑块33b之间的相对运动。
支承在滑轨33a处的滑块33b实现磨床10可以移位并且由此，砂轮11可以沿着x方向(朝着分隔板32)移位，不实施在砂轮11和滑块33b之间的相对运动，由此尽可能防止滑块的材料磨损。砂轮11(和滑块33b)沿着滑轨33a的滑动通过机械手预设。滑块33b或者分隔板32不需要单独的驱动。
图6b显示取走砂轮过程的开始。如提及，机械手1将磨床压紧在滑块33b处朝向分隔板32移动。分隔板32相对于滑块33b布置，使得当磨床10与砂轮11压到支承面上(在滑块33b处)时，分隔板32的棱边切入砂轮11与承载盘12之间，松开在两部件(砂轮11和承载盘12)之间的粘着并且砂轮11夹在分隔板32与滑块33b之间。该情况如在图6c中所示。在砂轮11与承载盘12之间尼龙搭扣的情况下，当分隔板32在砂轮11与承载盘12之间移位期间(参考图6c)，通过分隔板32逐渐松开。
一旦砂轮11夹在分隔板32与滑块33b之间，磨床10(包括承载盘12)可以从滑块提升(沿y方向，正交于支承面)，由此，夹紧的砂轮完全从承载盘12取走。该情况在图6d中所示。取走砂轮的过程由此终止并且磨床10准备好容纳新的砂轮11。沿y方向提升磨床10的移动可以(例如在源自图4的示例中)或者通过执行器20或者通过机械手1(或两者)实现。
为了再次松开夹紧在分隔板32与滑块33b之间的砂轮11，滑块33b必须再次移回到开始位置(远离分隔板32)。这可以或者自动地实现，当例如滑块33b经由弹簧与框架31连结时，该弹簧在滑块沿x方向移位时张紧并且在从支承面拿下磨床10后将滑块33b推回到开始位置中。备选地，机械手1被编程为，使得其利用磨床10或者臂区段像这样压到滑块33b，使得其在滑块33b上朝着x方向施加力f(参考图6e)。短暂的推力就足够将滑块33b移回到其开始位置中(在图6a中所示)并且将砂轮从夹紧中松开。然后砂轮受重力影响从装置落下。该情况如在图6e中所示。
如已经提及的，根据图4、5和6的用于取走砂轮的装置不需要独立的驱动。在磨床10与分隔板32之间必须的相对移动基本上通过机械手1预设，该机械手承载磨床10。在支承面与磨床10之间的接触力首先通过执行器20产生。在图7中所示的变型基本上与源自图6的实施例起相同作用，其中，在该情况中，具有砂轮11的磨床10压到静止的支承面上，而分隔板32朝向砂轮11移动。针对该目的，分隔板32借助于直线导轨安装，以相对于承载框架31可滑动地运动，其中，滑动运动由分隔的线性驱动器产生，该驱动器机械地联接在分隔板32(可滑动支承)与承载框架31之间。将分隔板32支承在承载框架31处例如经由滑轨31a实现，该滑轨布置在分隔板32的左侧和右侧。
图7a显示了在磨床10与其砂轮放置到支承面33’上之后的装置。分隔板32处在远离磨床的起始位置中。激活分隔板32的驱动器34并且分隔板32朝向砂轮11移动。图7b显示一情况，在此在该情况中，分隔板32刚切入到在砂轮11与承载盘12之间的间隙中并且砂轮11夹在分隔板32与支承面33’之间，在松开在砂轮11与承载盘12之间的连接期间。图7c显示一情况，在该情况中，分隔板32朝着支承面33’夹砂轮11。在该情况中，磨床10(包括承载盘12)可以从支承面33’提升(沿y方向正交于支承面)，由此，夹紧的砂轮11完全从承载盘12移除。该情况如在图7d中所示，取走砂轮的过程由此终止并且磨床10已经准备好容纳新的砂轮11。沿y方向提升磨床10的移动可以(例如源自图4的示例)或者通过执行器20或者通过机械手1(或两者)实现。分隔板32可以借助于线性驱动器移回到开始位置中。
在轨道磨床情况下，砂轮11不围绕中心转动轴线转动，而是实施复杂的移动，该移动可以通过两个转动轴线d1、d2来描述(参考图8a)。在这里描述的示例中，转动轴线d2与纵轴线a相符(参考图1和2)，tcp也位于该纵轴线上(这不是必须强制的情况)，并且转动轴线d1与在图2a中所示的偏心转动轴线a’相符。在此，砂轮11围绕转动轴线d1转动，该转动轴线d1沿着围绕第二转动轴线d2的路径移动。在转动轴线d1与d2之间的间距称为偏心率。当砂轮的转动运动停止时，转动轴线d1在其路径上围绕转动轴线d2的角位置实际上是随机的。尤其，当砂轮11和承载盘12如在图2c中所示开孔时(为实现可吸出磨削粉尘，然而，孔在图8中未示出)，承载盘12的转动轴线d1和d2相对于彼此处于限定的位置，并且在施加新的砂轮之前，砂轮参考转动轴线d1的角位置清晰限定，是重要的。在圆形承载盘12的情况中，可以如在图8中所示，磨床的承载盘由机械手1(沿z方向)朝着具有两个间隔的、例如圆柱状销钉39的限位器来按压，该销钉39例如可以固定在承载框架31处(参考图4a)。通过压紧，转动轴线d1和d2沿着对称轴s在销钉39之间对齐并且引入到限定的参考位置中。该情况在图8b中所示。当磨床10具有电机时，在该电机中，可调整电机轴的角位置(例如具有旋转编码器的同步电机)，所希望的参考位置也可以通过相应地控制磨床的电机(电动机)来调整。也可使用非圆柱状物体代替销钉。限位器基本上具有两个销钉(或者抽象的棱边，其平行于转动轴线d1延伸)，并且承载盘12的周边压向棱边。
对于根据图8的转动轴线机械对齐，附加地或者备选地，也可以设置基于摄像机的对齐，其在图9中概略地描述。即使当转动轴线d1和d2如图8所示沿着限定的直线对齐时，承载盘12参考转动轴线d1的角位置不必是已知的。这可以例如，借助于摄像机来测定。在复杂的砂轮几何结构(例如三角形的)中，基于摄像机对齐磨床(并由此对齐承载盘12)也可考虑。为此，对齐磨床，使得承载盘12(即砂轮所布置在的平面)正交于摄像机6的光学轴o。因为光学轴的位置先验已知，因此机械手1可容易相应地定位磨床。如果承载盘12具有孔图案，则可以借助于简单的图像处理算法来探测。图像处理算法可以确定承载盘的角位置，例如，基于可在摄像机图像上识别的孔图案的几何形状，或者也基于孔(孔h在摄像机图像上相比承载盘12的其余部分具有不同的颜色)的颜色(和/或亮度)。然后，基于探测的孔图案，可以容易地计算修正角
图10显示布置磨床10(包括承载盘12)在接近传感器61处(接近传感器)。如在图9中所示，为了简单起见，仅示出了承载盘12，尽管该承载盘12安装在磨床10上。磨床10和承载盘12共同可以借助于机械手(参考图1)相对于接近传感器61来定位，使得接近开关准确地对齐到承载盘12的孔h所处在的位置上。如果孔h确实处在所希望的位置处，该目标状态(承载盘12的所希望的角位置)由接近传感器探测。如果没有孔处在所希望的位置处，承载盘12可以如此地转动，直到接近传感器61探测到孔h。例如，可以转动承载盘12，当机械手围绕轴线a共同转动磨床10和承载盘12时(例如在图10中所示以角度
接近传感器61可以例如是光学传感器，该传感器适用于确定到承载盘12的间距。当“接近传感器61”“看到”孔h时，所测得的间距大于在一情况中，在该情况中没有孔处在传感器的探测区域中。接近传感器61也可以具有发出逻辑信号的数字输出。该逻辑信号指示是否探测到孔。一种这样的接近传感器也称为接近开关(接近开关)。在示例中，接近传感器61对到承载盘12的间距不敏感，而对颜色敏感。即传感器61对(确定的、可调整的)颜色敏感。只要孔h在传感器的探测区域(视野)中，传感器“看到”不同的颜色并且可以发出探测到孔h的信号(例如，通过逻辑信号)。接近传感器61也可以用除光学之外的探测原理。例如，也可以使用超声波接近传感器。当承载盘会含有铁或者其它金属时也可使用电感或者电容接近传感器。
在图11中并排显示两个用于将砂轮11自动装配到磨床10的装置5和5’，其中，磨床10(与执行器20一起，参考图1和3)借助于机械手1移动。装置5和5’实际上相同，其中，装置5(左边)具有装满砂轮11的仓并且装置5’(右边)具有几乎没有装砂轮11的空仓。装置5或5’包括支承件53，在该支承件上可布置由砂轮11组成的砂轮堆。支承件53可以例如固定在托架60处并且可以刚性地与该托架相连。为了侧面稳定堆，在堆侧面四周(沿砂轮11的边缘方向)布置多个导向杆51。导向杆51基本上正交于支承件53表面延伸(砂轮位于该支承件上)并且在堆的表面处经由环50相连(例如，借助于螺栓53)。
导向杆51是圆柱形的并且沿着其纵轴线可移位地支承在支承件53处。与砂轮堆高度无关，环53(至少部分)放置在砂轮堆最上表面处，并且导向杆51取决于砂轮堆高度在支承面53下方远离该支承面。在导向杆51下端部处，该导向杆经由圆盘56相连，以彼此稳定导向杆51的相对位置。在圆盘56处也可以固定重块55，为了给导向杆51预加压限定的力fb(即重块55的重力)。然而备选地，力fb也可以由弹簧或者线性执行器产生，该弹簧/线性执行器作用在圆盘56与支承面53之间。经由导向杆51将力传递到上部环50上，使得该环以基本上相同的力fb压到砂轮堆上并且保持砂轮11在位。根据装置5或5’具体的设计方案，当导向杆51和圆盘56的自重足够大时，也可以省略重块55。
图12从上方显示砂轮仓5，使得环50和砂轮堆俯视可见。砂轮11具有2r2的外直径并且环50具有大约更大的内直径2r1(r<r2)。此外，环50具有一个或者多个(在当前实施例中四个)突出部，其距离砂轮中心点的间距略小于r2，因此，突出部稍超出砂轮11的外边缘并且将砂轮(利用力fb)压到支承面53上并且保持砂轮11在位。在图12中也显示螺栓，利用该螺栓可以将导向杆51固定在环50处。砂轮11在堆中以背面向上布置。如已经提及的，背面具有粘着层(例如，一部分尼龙搭扣)。
在图11的右半部分，在一情况中显示几乎空了的砂轮仓5’，在该情况中新砂轮11直接由机器人辅助的磨削装置(机械手1、执行器20和磨床10)“拿取”。对此，由机械手像这样经由装置5或5’定位磨床10，使得磨床10的(未装备)承载盘12处于几乎平行于环50。在此，机械手1可以从上接近装置5、5’，直到磨床10接触环50并且由此也接触最上方的砂轮11。可以例如由此识别接触，使得执行器20从端部挡块(执行器的最大偏转)朝着较小的偏转移位。对此，执行器20可以具有例如距离传感器，其配置为测量执行器20的偏转。测量值可以例如传递到机器人控制器4(参考图1)。只要在承载盘与环50之间存在接触，可以停止机械手1并且执行器20以限定的力压到环50并且压到仓的最上方的砂轮的背面。然后机械手可以再次提升磨床10。当在砂轮11与磨床10的承载盘12之间的粘着大于保持力fb，利用该保持力环50将砂轮保持在位，砂轮11可以与磨床10共同从堆提起并且后来的磨削过程可以用新砂轮11开始。只要砂轮磨损，可以开始新的更换过程并且例如将砂轮利用根据图4的装置再次取走。
在非圆形的砂轮几何形状情况下，也可以使用具有其它几何形状的框架代替环50，该几何形状与砂轮的几何形状相匹配。根据一般的实施例，框架(例如环50)从上利用限定的力fb压到砂轮11堆上，以将砂轮保持在位。框架的内轮廓(参考图12，半径r1)稍大于砂轮11的外轮廓(参考图12，半径r2)，其中，由框架突起部的内轮廓(参考图12，突起部50a)向内超出砂轮11的外轮廓。因此，突起部50a和砂轮重叠在相对小的面处(相比较砂轮11的总面积)并且粘着在承载盘12处的砂轮11可以容易地从堆拿下。
在给磨床10装备新砂轮后，可以对此使用更进一步的颜色传感器63(或者备选地，摄像机6，参考图9)，来自动验证(例如在给磨床装备砂轮后或者在开始磨削过程前)，磨床是否正确装备有砂轮，该测试过程在图12的右部中显示。通常，承载盘12和未使用过的砂轮相比具有其他颜色。因此，颜色传感器63(或者描述成颜色传感器的摄像机)可用于检测到的颜色区分装备有砂轮11的承载盘12与未装备的承载盘12。为此，机械手将磨床10从在仓处的容纳位置(参考图11a或者11b)移动到在颜色传感器63附近的测试位置，使得该颜色传感器可以“看到”砂轮11的前侧或者承载盘(在缺少砂轮11时)。例如可以像这样调整颜色传感器63(颜色探测器)，使得其识别承载盘12的颜色。只要承载盘12根据其颜色被识别，错误信号会发送到机器人控制器8处(“错误：机器未装备”)。然后，机器人控制器可以启动新的装备过程，以给磨床10装备砂轮11。由此可以避免，当装备过程(参考下面图11和图12)由于任何原因失败时，机器人开始无砂轮的磨削过程，这导致损坏承载盘12(或者工件)。备选地，也可以将颜色传感器63校准到(新)砂轮的颜色。
图13按照流程图示范性说明之前已经参考图4-12阐述的用于自动更换砂轮的方法。不是所有所示的步骤在执行全部方法时强制必须的。当磨削过程需终止或者砂轮磨损时，机械手1(步骤s1)将磨床朝着分离装置2移位并且将砂轮压(借助于执行器20)向支承面(例如参考图4a-d，滚柱导轨33，图6a-d，滑块33b，和图7a-d，支承面33’)。在砂轮放置到支承面上之后，分隔板32和磨床10朝向彼此移动(步骤s2)，直到分隔板32穿到磨床10的承载盘12与砂轮11之间(参考图5a、6b、7b)。该移动可以通过机械手1产生(参考图4)或者由分离装置独立的驱动器实现(参考图7)。利用颜色传感器可以检查(步骤s3)，分隔板32是否正确地穿到承载盘12与砂轮11之间(参考例如图4e)。代替其也可使用其它传感器(例如，接近传感器)。当测试结果为否定时，则该过程可以重新开始(例如在步骤s1中)或者中断。当测试结果肯定时，砂轮11从承载盘如上描述地分离。
轨道磨床和相似的磨床具有偏心的转动轴线。此外，砂轮可以具有孔h(参考图2、9和10)，该孔用于吸出磨削粉尘。这些孔在承载盘12中延伸，因此，承载盘12的角度位置(相对于砂轮)在安装新砂轮时应当明确限定。在此，首先偏心转动轴线(参考例如图8，偏心转动轴线d1)移动到参考位置中(s4)。这可以或者如在图8中所示通过朝着限位器(销钉39)压紧承载盘12来实现，或者通过相应地控制磨床的电机，只要其具有角度编码器。当偏心转动轴线在限定的参考位置时，磨床10(作为整体)可以由机械手1围绕纵轴线(参考图2，纵轴线a，图8，转动轴线d2)转动，直到孔h处在所希望的角度位置(目标位置)中(步骤s5)。达到目标位置可以例如利用接近传感器(例如接近开关或者颜色传感器)或者借助于摄像机探测(参考例如图9和10)。该步骤对于无孔的砂轮显而易见是可选的。
一旦偏心转动轴线在参考位置中并且任何给定的孔到达其目标位置中，磨床10朝着具有新砂轮的仓移动并且(步骤s6)承载盘12例如借助于机械手1和执行器20压向仓的顶侧(参考图11)。由于在承载盘12与砂轮11之间的压紧力，承载盘12与砂轮11之间的尼龙搭扣接合并且砂轮11粘着到磨床10。因为突起部50a仅与砂轮重叠相对较小的面积，可以通过提升磨床，砂轮11仅稍许变形从仓拉出。可选地，机械手1可将磨床10移动到测试位置，在该位置中，借助于传感器(例如，颜色传感器，参考图12)可测试，实际上新砂轮是否固定在磨床处(步骤s7)。如果不是，机械手可以将磨床再次移动到仓(返回步骤s6)或者中断过程。如果正确安装砂轮，机械手可以开始新的磨削过程或者继续之前中断的磨削过程(步骤s8)。
随后总结在这里描述的实施例的不同方面。应指出，这不是完全列举。本发明的实施例涉及一种用于从具有磨床(参考图3、4、5、6和7)的机器人辅助的磨削装置自动取走砂轮的装置。因此，装置(用于从承载盘分离砂轮的分离装置2)具有框架31、与框架31相连的分隔板32(在图中也称作“分离片”)和与框架31相连的支承面。分隔板32和支承面与框架31相连结，使得实现在分隔板32与支承面之间可沿着第一方向(沿着或者逆着x方向)相对移动。在此，分隔板32和支承面布置成，使得当砂轮11贴靠在支承面处时并且当分隔板32和砂轮11朝向彼此互相移动时，分隔板32的第一棱边k0在砂轮上移位(参考例如图5a、6b或者7b)。
分隔板32可以刚性地与框架31相连(参考图4、5和6)。支承面可以由滚柱导轨33形成(参考图4和5)。滚柱导轨33可以具有多个辊子34，该辊子支承在框架31处。在该情况中，支承面的移动(可以这样说，该支承面由辊子限定)是通过滚柱导轨33的辊子34围绕其相应的轴35转动实现的，该轴支承在框架31处。
在一个实施例中，分隔板32和滚柱导轨33设计成，使得当分隔板32和砂轮33互相朝向彼此移动时，当砂轮11离开滚柱导轨33时(参考图5b和5c)，分隔板32还未完全覆盖砂轮33。分隔板32所提及的第一棱边k0比砂轮11(参考图5a)的最大外部尺寸短(在圆形砂轮中，直径d1)。分隔板32的宽度b(x)横向于x方向可变(参考图5b，分隔板32沿着棱边k1和k2的弧形轮廓，或者图6b，分隔板32沿着近似锥形的棱边的直线轮廓)。
在一个实施例中，支承面由滑块33b形成，该滑块沿着x方向可相对于框架(31)移位地来支承(参考图6a，滑轨33a，滑块33b)。在该情况中，可移位的滑块33b承担上面提及的滚柱导轨33的功能。在此，分隔板32可以刚性地与框架31相连。
在根据图4-6的实施例中，装置不需要单独的驱动器。必要的移动由引导磨床10的机械手1产生(参考图1)。备选地，支承面可以刚性与框架31相连(参考图7，支承面33’)。在该情况中，装置在分隔板32与框架31之间需要单独的驱动器34。驱动器34构造成使分隔板32可以相对于支承面移位。
另一实施例参考用于给机器人辅助的磨削装置的磨床10自动装备砂轮11(参考图11)的装置。因此，装置具有用于容纳砂轮11堆的支承件53和框架(例如，环50)。基本上平行于支承件53布置框架50，使得砂轮11堆处在支承件53与框架50之间，其中，框架50与砂轮堆的最上方砂轮的外边缘仅部分重叠(例如，利用突起部50a，参考图12)。此外，装置包括机械预加载单元，该单元与框架50相连结，使得由框架50施加限定的力fb到砂轮11堆上。
机械预加载单元可具有一个或者多个导向杆51，该导线杆51与框架50相连结并且在砂轮堆一旁侧向伸延并且/或者伸延穿过砂轮堆。例如当砂轮具有孔(参考例如图2c)时，可引导导向杆51穿过这些孔。
预加载单元可具有重块55，该重块与框架50相连结，使得重块55的重力fb作用到框架50上。可以引导导向杆51穿过在支承件53中的孔。在该情况中，重块55可以在支承面53下方与导向杆51相连(并且由此间接地与框架50相连)。
在一个实施例中，砂轮堆近似圆柱状，并且框架50具有近似圆环的形状，该框架的内直径大于砂轮的外直径(参考图12)。在此，圆环可以在其内边缘处具有一个或者多个突起部50a，该突起部至少部分与砂轮11堆重叠。
如果磨床的角度位置起作用(例如，如果砂轮在仓中在确定的位置处具有孔)，磨床10必须以正确的角度位置压到砂轮仓上。在该情况中，装置可以具有摄像机6和图像处理单元9，图像处理单元9配置为测定磨床10与目标角度位置的角度偏离。由机械手补偿可能存在的角度偏移。
最后描述用于更换机器人辅助的磨削装置的砂轮的系统。根据一个实施例，系统包括：具有框架31和用于从磨床取走砂轮11的分隔板32的装置(参考图4、5、6)，配置为将磨床10相对于分隔板32定位和移动的机械手1(参考图1)。在此，磨床10和分隔板32在取走砂轮期间的相对移动仅由机械手1实现(参考例如图4)。因此，具有框架31和用于取走砂轮的分隔板32的装置不需要单独的驱动器。根据另一实施例，系统附加地或者备选地包括用于容纳砂轮堆的仓，配置为将磨床10相对于仓定位和移动的机械手1，和执行器20，该执行器布置在磨床10与机械手1之间并且配置为将磨床10压向砂轮11堆最上方的砂轮(参考图11，右图)。在此，在磨床与仓之间的相对移动仅由机械手1或者由机械手1和执行器20实现。
在这里描述的装置和系统实现可自动更换机器人辅助的磨削装置的砂轮。本发明的实施例涉及从机器人辅助的磨削装置自动除去(取走或分离)砂轮11。因此，本发明包括朝着支承面压紧砂轮(参考例如图4a、6a和7a)，该支承面基本上平行于分隔板32布置，并且实施在分隔板32与支承面(33、33’、33b)之间的相对移动，使得分隔板32与砂轮11朝向彼此移动，直到分隔板32切入到在砂轮11与承载盘12之间的间隙中，砂轮安装在该承载盘上。最后将承载盘12从支承面升起，由此从承载盘12取走砂轮11。另一方法涉及将砂轮11自动安装在机器人辅助的磨削装置处。因此，方法包括借助于机械手1将承载盘12对齐磨床10，使得承载盘12的下侧基本上位于平行于砂轮11堆的上侧(参考图1和11)。此外，方法包括借助于执行器20将承载盘12压紧在砂轮堆处，该执行器连结在机械手1与磨床10之间，使得砂轮堆最上方的砂轮粘着到承载盘12。最后磨床10与砂轮11共同借助于机械手1和/或执行器20提升(参考图11，右图)。
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