分离装置和分离方法
【专利摘要】本发明涉及一种分离装置和一种分离方法，特别是用于修剪工件(2)、尤其是太阳能模块的分离装置和分离方法。该分离装置具有多肢(12，13，14，15)的可编程的机器人(6)，该机器人设计为触觉的特别是力/力矩调节的机器人。该机器人引导刀具形式的分离工具(8)。
【专利说明】分离装置和分离方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有方法独立权利要求和装置独立权利要求的前序部分中的特征的分离装置，特别是修剪装置，和一种分离方法。
【背景技术】
[0002]从DE 20 2008 002 669 Ul中已知一种用于太阳能模块上的凸出的箔边缘的修剪装置，该修剪装置具有带有位置控制的轴和分离工具的多轴机器人，该分离工具具有多个梳状串在一起的切削丝。分离工具横向于边缘延伸部被送到工件上，在多个部位上切割凸出部。在此，借助平衡装置梳状分离工具可调整为平行于工件边缘，例如借助回转运动。随后，分离工具沿着模块边缘移动并切下箔边缘。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种改进的分离装置和分离方法。
[0004]本发明的目的通过方法主权和装置主权中的特征实现。使用优选具有力控制或力调节或力矩控制或力矩调节的机器人轴的多轴的触觉(taktilen)机器人具有各种优点。其中之一个优点是，机器人可对机械障碍作出反应并根据需要而避开。因此，可避免损坏工件。可保持调整力，可优化分离过程。此外，机器人可用于位置检测。还减少了工具的磨损。
[0005]特别地，触觉机器人适用于引导机械分离工具。分离工具可设计为刀具。该刀具可具有单独的刃，能够在进刀过程和/或切削过程期间该刃执行重叠的(Uberlagerte)自运动。分离工具具有特别低的建造费用和成本支出。刀具与现有技术中已知的加热丝或激光光束相比具有优点:在分离时加热丝或激光光束焊熔材料，因此可能产生有害气体或微粒。此外，加热丝可能经受增加的磨损。分离刀则没有该缺点，但是分离刀也产生磨损。然而，本发明的机器人通过相应地跟踪分离工具能够自动地进行磨损补偿。
[0006]分离装置可具有用于检测工件上的参考点特别是边缘的传感器装置。当该传感器装置是检测边缘的(kantentastende)传感器装置时，是有益的。特别有利的是，传感器装置设置在机器人中或其上。传感器装置还可以设置在分离工具上或在机器人与分离工具之间。传感器装置使得能够将分离工具精确送到工件边缘上。为了修剪和切下工件上的特别是板状的太阳能模块上的边缘侧的凸出部，特别是箔凸出部，这特别是有益的。有利地，可将在机器人中或上已有的传感器装置用于检测边缘功能。这提供了技术上和经济上优化的可能性。传感器装置可不仅在分离工具的进刀时而且也在分离运动继续进行时，用于位置控制和过程控制。
[0007]触觉机器人，特别是力调节/力矩调节的机器人在分离过程之前和期间特别好地适于可靠地引导和定位分离工具。该机器人还降低了安全措施费。该机器人还可施加限定的力，例如用于引导和需要时施压于分离工具。分离工具的能源和运行资料的供给可从外部或由机器人例如通过穿过该机器人的空心轴的管线来输入。
[0008]此外，机器人可执行对于分离过程有益的分离工具的运动，特别是分离刀的运动。特别是可以进行拉拔切割。在此，机器人同样可避免工件损坏或至少显著地减少损坏。
[0009]有利地，机器人可设计为用于执行振动运动，特别是在分离工具的进刀时。替代地或附加地，分离工具可作为振动器工具，特别是振动器刀具。
[0010]为了检测工件上、特别是工件边缘上的参考点，在进刀到工作地点特别是进刀到待切下的凸出部时机器人和/或分离工具的振动运动是有益的。对于边缘检测，这使检测准确性容易和更好。机器人和/或分离工具的振动运动横向于或斜向于进刀方向同样具有优点，特别是可优化在实现进刀之后的进一步的分离过程。替代地或附加地，振动运动可被执行用于进刀振动。
[0011]机器人的工作区域可借助运动装置扩大，该运动装置负责工件与机器人之间的相对运动。运动装置和机器人可连接于控制器，特别是机器人控制器。
[0012]在从属权利要求中给出了本发明的另外的有利设计方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]在附图中示例性和示意性地示出本发明。附图中详细示出的是:
[0014]图1和图2为具有机器人和分离工具的分离装置的正视图和翻转侧视图，
[0015]图3为根据图1和图2的在太阳能模块旁的具有分离工具的机器人的立体图，
[0016]图4为工件上的分离位置的中断的和放大的详细视图，以及
[0017]图5为具有力调节的轴I至VII的多肢机器人。
【具体实施方式】
[0018]本发明涉及一种分离装置(I)，特别是修剪装置，以及一种分离方法。
[0019]分离装置(I)具有至少一个多轴和可编程的机器人(6)，该机器人设计为触觉机器人，该机器人引导分离工具(8)。机器人(6)连接于机器人控制器(11)。触觉机器人可具有在附图中所示的用于检测外部作用力和/或力矩的集成的传感器装置(18)，该集成的传感器装置连接于机器人控制器(11)并用于控制或调节机器人的运动。特别地，触觉机器人可具有力或力矩调节的轴。该触觉机器人也可设计为轻型结构机器人。
[0020]工件(2)具有例如板状的外形，例如可为太阳能模块。该太阳能模块具有例如具有多个直边缘(3)的棱柱形状，特别是矩形形状。太阳能模块(2)可构造为多层的。该太阳能模块可具有例如具有由导电连接的太阳能电池构成的基层(Matrix)的中央层，以及两侧的连接层和覆盖层，特别是透明的前片(Frontscheibe)和不透明的背层或背箔。太阳能模块(2)可具有从多层板的一个或多个边缘(3)侧面突出的凸出部(4)。凸出部(4)可例如是背箔或太阳能模块(2)的中间箔的箔凸出部。凸出部(4)可比其他部分特别是工件
(2)的边缘(3)更软或强度更小。
[0021]在所示实施方式中，太阳能模块(2)在边缘(3)上被修剪，在此可沿着边缘(3)切下各凸出部(4)，优选与侧面齐平地切下。替代地，任意其他的分离过程也是可能的，这些分离过程可包括例如切开凹口或切割工件(2)或将多个工件部分分开。
[0022]在加工期间，工件(2)可被支撑在衬底(5)(例如，桌或支架)上。为了进料，可设有输送器(21)。在加工期间，工件(2)可位于静止位置。替代地，在加工时工件可借助运动装置(19)相对于机器人(6)运动。运动装置(19)可由输送器(21)或输送器(21)的一部分构成。输送器(21)可为线性输送器。替代地，运动装置(19)可为单独的机构，该单独的机构设计为例如线性输送器或旋转台等。运动装置也可由另一机器人构成。
[0023]根据图2，在工件(2)上预设的一个或多个分离位置的区域中，衬底(5)具有用于能使分离工具(8)穿过的凹口或中断。对于分离过程，可粗略地定位工件(2)。机器人(6)能自动地找到工件位置并位置正确地执行编程的分离过程。
[0024]机器人(6)具有多个可运动的、彼此连接的肢(12，13，14，15)。优选肢(12，13，14，15)是铰接的，通过转动的机器人轴1-VII彼此连接。此外还可以将单个肢(13，14)设计为多部分的和自身可运动的。在所示实施例中，机器人(6)被设计为铰接臂机器人，具有七个被驱动的轴或运动轴1-VII。轴1-VII与机器人控制器(11)连接，能够被控制和需要时被调节。机器人￠)的从动侧的末肢(12)例如被设计为机器人手，具有可绕旋转轴线(16)转动的从动元件(17)，例如从动法兰。旋转轴线(16)形成最后的机器人轴VII。一个或多个用于生产资料(例如，电力流和信号流、流体等)的管线可以通过必要时是空的从动元件
(17)和必要时其他的机器人肢(13，14，15)从法兰上被引导出来。
[0025]优选地，机器人(6)具有三个或多个可运动的肢。在所示实施例中，该机器人具有连接于地基(Untergrund)(例如，基座或支架(7))的基肢(15)和前述末肢(12)以及两个中间肢(13，14)。中间肢(13，14)是多部分的，被设计为借助轴(III)和(V)自身可转动的。替代地，中间肢(13，14)的数量可更少或更多。在另一变型中，单个或所有中间肢(13，
14)可自身抗扭地且无附加轴地构成。
[0026]机器人(6)可设置为站立的或悬挂的。在从图1至图3的实施例中，该机器人被设置为悬挂在支架(7)上，大约居中地在加工地点或在此定位的工件(2)之上。
[0027]机器人轴1-VII分别具有转动轴承或关节和为此设置的、必要时是集成的可控制的、必要时是可调节的旋转驱动器。对于所示机器人(6)，旋转轴(16)是从动(abtreibende)的机器人轴VII。此外，机器人轴1-VII可具有可控制的或可变的制动器和有可能冗余的传感器装置，该制动器/传感器装置与机器人控制器(11)连接。传感器装置可为集成的，在一个或多个轴1-VII上例如可具有一个或多个传感器。这些传感器可具有相同的或不同的功能。特别地，传感器装置可设计为用于检测产生作用的负荷，特别是用于检测力矩。传感器装置还可检测旋转运动和必要时检测旋转位置。在另一实施方式中，机器人(6)上的连接于机器人控制器(11)的传感器装置设置在外部，例如在从动元件(17)上或在分离工具(8)上。在下面说明的方式中，传感器装置可在所述两个变型中用于分离过程。
[0028]机器人(6)可在肢(12，13，14，15)之间具有一个或多个力控制的或力调节的轴(1-VII)或力控制的或力调节的轴驱动器。在此，机器人(6)特别是可具有带有挠性调节器的一个或多个挠性(nachgiebig)轴(1-VII)或挠性轴驱动器。挠性调节器可为纯的力调节器或位置调节器和力调节器的组合。挠性轴可在各方面被有利地用于分离过程。一方面，机器人(6)能够有弹性地能避让地保持和引导分离工具(8)，因此例如可避免碰撞和特别是与人发生事故。该特性也可用于手动示教和编程。此外通过利用轴(1-VII)上的机器人传感器装置进行负荷检测，可支持和易于寻找和找到工作位置。还能检测和根据需要纠正肢(12，13，14，15)的相对位置中的角度误差。
[0029]此外，使一个或多个挠性轴相应于前进来跟踪分离工具(8)是有利的。此外，机器人(6)可施加特定的压力。当机器人(6)具有一个或多个力调节的和有可能位置调节的轴(1-VII)时，为了该目的同样是有益的。
[0030]替代地或附加地，机器人(6)可具有无挠性的一个或多个被驱动的轴(1-VII)，所述一个或多个被驱动的轴(1-VII)例如具有精确的位置控制器或位置调节器。
[0031]图5示出处于拉伸位置的该实施例的机器人(6)，示出了肢(12，13，14，15)的构成和被驱动的、可控制的或可调节的轴(1-VII)的设计。此处也示出了分别具有在此为集成的旋转轴(V)和旋转轴(III)的长形中间肢(13，14)的分开的构成。在肢(12，13，14，15)的内部引导用于生产资料的多个供应管线，为此所述肢例如具有在关节或旋转轴承上的空心轴。
[0032]所示机器人(6)设计为轻型结构机器人，由轻量级的材料(例如，轻金属和塑料)构成。该机器人也具有小的结构尺寸。构造和功能简化的分离工具(8)同样具有小的重量。因此，具有分离工具(8)的机器人(6)总共是重量轻的，可无较高费用地运输，从一使用地搬移到另一使用地。机器人(6)和分离工具(8)的重量可低于50kg，特别是在大约30kg。通过手动示教的可能性，分离装置(I)可被快速和容易地编程、投产，适于不同的分离过程和分离工作。
[0033]前述机器人轴(1-VII)的力控制或力调节涉及到在末肢(12)的从动元件(17)上的向外作用，以及作用于此处的反作用力。在机器人内部在旋转的轴上或轴驱动器上进行力矩控制或力矩调节。
[0034]机器人(6)是可编程的，其中机器人控制器(11)具有运算单元、一个或多个用于数据或程序的存储器以及输入和输出单元。分离工具(8)(和有可能运动装置(19))可与机器人控制器(11)或其他的公共控制器连接，可例如在该机器人控制器中实现为被控制的轴。机器人控制器(11)可存储与过程相关的数据(例如，传感器装置数据)，用于记录质量控制或质量保证。
[0035]分离工具(8)可以不同方式设计。在所示实施例中，将分离工具设计为刀具。分离工具(8)可具有分离刀片(9)，特别是单独的分离刀片。该分离刀片可设置为不动的或可动的。在所示实施方式中，分离刀(8)具有在边缘侧的圆周上带有切割元件的旋转的、圆盘形的分离刀片(9)，连接于转动驱动器。替代地，分离刀(8)可具有长形的分离刀片(9)，例如设置为不动的刀刃。替代地，该刀刃可振荡，对此具有相应的驱动器。借助刀仓装置(Magazinanordnung),分离刀可以是可更换的。分离刀也可为热刀。
[0036]此外分离刀(8)还具有工具供给部(10)，该工具供给部可设置在机器人￠)的支架(7)上，该工具供给部借助柔性管线将需要的分离资料(Trennmittel)(例如，能源、冷却齐U、分离辅助剂或类似物)输入给分离位置和分离刀片(9)或该分离刀片的驱动器。如图4所示，在末肢(12)上特别是在从动法兰上安装有工具架，工具(8)的本体(Korpus)或驱动器固定地或可拆除地和必要时是可更换地设置在工具架中。
[0037]分离装置(I)具有传感器装置(18)，该传感器装置检测工件(2)上的参考点(3)，例如太阳能模块的边缘。在此，是指检测边缘的传感器装置。传感器装置(18)可以前述方式设置在机器人出)中和/或分离工具(8)中。
[0038]在所示实施方式中，传感器装置(18)设置在机器人出)中，由在一个或多个机器人轴1-VII上的此处已有的一个或多个力和/或力矩传感器装置构成。在分离工具(8)的进刀时和对于分离过程在引导分离工具(8)时，机器人(6)可通过该集成传感器装置(18)检测机械阻力并报告给机器人控制器(11)，然后该机器人控制器触发相应的机器人反应。
[0039]例如在分离过程开始时，机器人(6)可将分离工具(8)从外部送到工件边缘(3)上，在此切割凸出部(4)。进刀运动可横向于或优选斜向于凸出部(4)和边缘(3)的延伸或纵向延伸取向。在进刀时，通过机械阻力的增加可检测到边缘(3)。然后，机器人(6)可重定向分离工具(8)，沿着边缘(3)执行进一步的分离运动。在此，机器人使分离工具(8)沿着编程的轨迹运动。当边缘延伸偏离编程的轨迹时，这同样可被传感器装置(18)检测到，并由机器人(6)的相应的修正运动来补偿。
[0040]当分离工具(8)在进刀方向上执行振动运动或抖动运动(Zitterbewegung)时，可使对参考点(3)或工件边缘的传感器检测容易和更好。振动运动也可为振荡的、特别是正弦形或锯齿形的运动。这可使工件(2)的特别是太阳能模块相应地振动，该振动使传感器的边缘检测或边缘检测能更好和更准确。可以不同方式产生在进刀方向上执行的振动运动。在所示实施例中，机器人(6)在进刀运动时执行重叠的振动运动或抖动运动。替代地或附加地，分离工具(8)可产生振动运动。对此，例如可将分离工具设计为振动器工具，特别是振动器刀具。此外，可斜向于进刀方向或必要时也可以横向于进刀方向执行振动运动。
[0041]在所述实施例的变型中，由振动所激发的工件(2)的振动也可以其他方式进行检测，例如在工件(2)上自己检测和例如通过光学传感器装置。
[0042]横向于或斜向于进刀方向或待分离的工件区域或凸出部(4)取向的、由机器人
(6)和/或分离工具(8)所产生的振动运动对于进一步的分离过程，特别是对于切割质量、工具磨损等，是具有优点的。
[0043]为了修剪工件(2)，机器人(6)可使进刀切割大约处于工件边缘(3)的中间区域中，在到达边缘(3)之后将修剪工具(8)继续引导到边缘端部或直到拐角。随后，在相同的边缘(3)上在反方向上继续引导分离切割。因此，对于四边的太阳能模块(2)要执行八次分离切割。
[0044]前述运动装置(19)能扩大机器人(6)的工作区域。对于用于工件(2)的输送装置替代地或附加地，运动装置(19)可具有用于机器人(6)的附加轴(20)。对此，例如立架状的支架(7)可绕一个或多个轴活动。例如，该支架可具有可摆动的悬架，机器人(6)悬挂地安装在该悬架上。
[0045]由于使用触觉的，特别是力/力矩调节的机器人(6)，分离装置⑴或站对于人不需要保护措施。仅对分离工具(8)需要保护装置。
[0046]所示和所述实施方式的变型可以以不同的方式实现。机器人(6)肢(12，13，14，
15)的数量和设计是可变的，被驱动的轴(1-VII)的数量和设计也是可变的。机器人可具有旋转轴和/或平移轴的任意数量和组合，在此旋转轴和/或平移轴的轴驱动器和轴承以及可能配备的传感器装置可以是相应地不同的。分离工具(8)也可设计为不同的，例如可由张紧的和可能是加热的切削丝构成。
[0047]附图标记列表
[0048]I 分离装置，修剪装置
[0049]2 工件，太阳能模块
[0050]3 边缘，参考点
[0051]4凸出部
[0052]5衬底
[0053]6机器人，轻型结构机器人
[0054]7支架
[0055]8分离工具，刀具
[0056]9分离刀片，刀刃
[0057]10工具供给部
[0058]11控制器，机器人控制器
[0059]12肢，末肢，手
[0060]13肢，中间肢
[0061]14肢，中间肢
[0062]15肢，基肢
[0063]16旋转轴线
[0064]17从动元件
[0065]18传感器装置
[0066]19运动装置
[0067]20附加轴
[0068]21输送器
[0069]1-VII机器人的轴
【权利要求】
1.一种分离装置，特别是修剪装置，具有多肢(12，13，14，15)的可编程的机器人(6)和分离工具(8)，其特征在于，该机器人(6)被设计为触觉的，特别是力/力矩调节的机器人，其中，该分离工具(8)为刀具。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述机器人(6)具有一个或多个力控制的或力调节的轴(1-VII)。
3.根据权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于，所述机器人(6)具有至少一个挠性轴(1-VII)，该挠性轴具有挠性调节器，特别是纯的力调节器或位置调节器和力调节器的组合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置(I)具有设置在所述机器人(6)上和/或所述分离工具(8)上的传感器装置(18)，特别是检测边缘的传感器装置(18)，该传感器装置检测工件(2)上的参考点(3)，特别是边缘。
5.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，集成在所述机器人(6)中的传感器装置(18)具有至少一个在机器人轴(1-VII)上的力和/或力矩传感器。
6.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离工具(8)具有分离刀片(9)，特别是单独的分离刀片(9)。
7.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离工具(8)具有可动的，特别是旋转的或振荡的分离刀片(9)。
8.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述机器人(6)和/或所述分离工具(8)产生振动运动，特别是在进刀方向上的振动运动。
9.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置(I)被设置和设计为用于分离板状工件(2)上边缘侧的凸出部(4)，特别是用于在太阳能模块上的修剪。
10.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述机器人(6)被编程为，使所述分离工具(8)斜向于所述凸出部(4)的延伸被送到工件(2)上边缘侧的凸出部(4)上，在检测出到达工件边缘(3)之后沿着工件边缘(3)移动。
11.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述机器人(6)被编程为，使所述分离工具(8)被送到凸出部(4)的中间区域，然后沿着工件边缘(3)继续移动到所述凸出部(4)的端部。
12.根据前述权利要中任一项所述的分离装置，其特征在于，所述分离装置(I)具有用于所述工件(2)和/或用于所述机器人￠)的运动装置(19)，其中，该运动装置(19)和所述机器人(6)连接于控制器(11)，特别是机器人控制器。
13.一种利用多肢(12，13，14，15)的可编程的机器人(6)和分离工具(8)分离、特别是修剪工件(2)特别是太阳能模块的方法，其特征在于，由触觉的、特别是力/力矩调节的机器人(6)引导设计为刀具的所述分离工具(8)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述机器人￠)的一个或多个轴(1-VII)被力控制地或力调节地调节，或就位置和力被调节。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述分离工具(8)由所述机器人(6)有弹性地能避让地保持和引导。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，利用传感器装置(18)，优选是检测边缘的传感器装置，检测所述工件(2)上的参考点(3)，特别是边缘。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，利用集成在所述机器人(6)中的传感器装置(18)，特别是利用旋转轴(1-VII)上的至少一个力和/或力矩传感器，检测所述工件(2)上的参考点(3)，特别是边缘。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人(6)在分离过程中特别是在所述分离工具(8)进刀时实施振动运动。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，在板状的工件(2)上、特别是在太阳能模块上分离边缘侧的凸出部(4)。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人(6)将所述分离工具(8)斜向于所述凸出部(4)的延伸送到工件(2)的边缘侧的凸出部(4)上，在检测出到达所述工件边缘(3)之后沿着该工件边缘(3)移动。
【文档编号】B25J13/08GK104245246SQ201380017881
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】马库斯·科斯 申请人:库卡系统有限责任公司