分拣设备的多工具夹头及其操作方法与流程

1.本发明涉及在切割厂处理片材的领域。特别地，本发明涉及用于分拣设备中的处理机(handler)的多工具夹头。


背景技术：

2.在(金属、塑料、木材、复合材料
…
)片材加工领域中，特别是在自动切割和分拣站中，需要使用自动片材处理装备(也称为处理机或分拣机)来辅助切割机，能够从各自的仓库提取原材料片材，将它们传送到切割中心的引入台上，然后将切割的碎片和废料取出，以将它们分配到后续的收集站。例如在同一申请人名下的wo2008/139409中描述了一种特别有效和有利的分拣机。
3.通常，这些机器配备有具备夹头的处理机，该夹头可以操作具有不同材料、厚度和尺寸的多个工件。为此目的，在该领域中，不同的可互换收集工具易于与处理机夹头接合是常见的做法。
4.通常，因此在每个夹头的末端设置通用紧固构件，该紧固构件可以与多个不同的操作工具接合，由合适的控制线或能量线(气动流体、液压流体、电流
……
)控制。
5.不同的工具整齐地存放在位于操作区域外的工具载架区域中，夹头可以从分拣机中引导到工具载架区域将其收集，并在相应的操作步骤中使用，然后在具体工作步骤结束时释放。显然，使夹头与工具载架相互作用的操作循环的步骤被称为“工具更换步骤”，表示机器运行时间中的空闲时间，并且希望能够将其消除。
6.在例如工具机(tool machines)领域的其他技术领域中，多个工具直接装载在同一操作头上。然而，用于工具机的技术方法由于一系列原因并不能立即适用于处理机(handlers)领域，一系列原因中主要是多工具头的体积。事实上，分拣机的操作要求多个夹头可以相互作用并在相距很近的距离下操作，还要处理彼此堆叠在不同高度的工件：因此，有必要使夹头的占用空间(对于一个显著的高度)尽可能小。安装在多工具头上的多个工具的存在决定了与用于分拣机的处理机的操作不兼容的计划体积。
7.jp s5919292公开了一种具有与心轴配合的选择支架的改变工具的机器。
8.us 2016/0089792公开了一种用于更换存储在线性存储器上的末端执行器的机器，在线性存储器处拾取头应当被移位。
9.因此，需要提供一种改进的分拣设备，该分拣设备布置成分配单独的工具载架，在该处夹头被位移以进行工具更换操作。尤其是希望提供一种用于分拣机的夹头，该分拣机可以使用各种类型的工具，保持已知夹头的多功能性，而无需承受工具更换操作所消耗的时间和空间。


技术实现要素：

10.根据本发明的上述目的是通过具有在所附主要权利要求中限定的特征的分拣设备的夹头及其操作方法来实现的。本发明的其他优选特征在从属权利要求中定义。
附图说明
11.在任何情况下，本发明的其他特征和优点将在以下对本发明优选实施方案的详细描述中更加明显，该优选实施方案纯粹作为非限制性示例提供并且在附图中示出，其中：
12.图1是根据本发明的夹头在紧凑状态下的立体图；
13.图2是根据不同的视角与图1相似的视图；
14.图3是根据本发明的夹头的分解立体图；
15.图4a是根据本发明实施方案的旋转器形载架的立体图；
16.图4b是图4a的旋转器形载架的支撑体的立体图；
17.图4c是示例性抓取工具的立体图；
18.图4d是具有另一个示例性抓取工具的图1的夹头的立体图；
19.图5a是在原始状态下的传送平台及其致动器的立体图，其中部分被移除；
20.图5b是图5a的传送平台的细节的立体图；
21.图5c是图5b的平台的唯一旋转式致动器的立体图；
22.图6a是在原始状态下的根据本发明的夹头的立体仰视图；
23.图6b是与示例性工具接合的传送平台的细节的立体图，其中部分被移除；
24.图6c是与图6b相似的视图，为清晰起见移除了支撑搁架；
25.图7是与图2相同的立体图，其中移除了盖体；
26.图8是根据不同的视角与图7相似的视图；
27.图9是沿着与旋转器形载架的旋转轴线共面的平面截取的纵向截面图；
28.图10是在延伸操作状态下本发明的夹头的立体图；
29.图11是在延伸操作状态下本发明的夹头的立体图，其中移除了盖体；
30.图12和图13是根据不同的视角与图11相似的视图；
31.图14是与图9相似的视图，其中夹头处于延伸操作状态；
32.图15-图22是表示本发明的操作顺序的夹头的立面侧视图，其中移除了盖体；
33.图23是根据本发明的夹头的立体图，该夹头利用保持在旋转器形载架中的工具来收集工件；以及
34.图23a-图23c是以被牵引工件的旋转顺序的图23的夹头的立面侧视图。
具体实施方式
35.分拣机通常与例如用于金属片材(未示出)的激光切割设备的切割中心协作布置。分拣机的任务是从存储区域拾取通常以堆叠方式水平布置的单个原材料金属片材，并将其传送到切割设备的入口。一旦完成从金属片材上切割出多个成形工件，分拣机的进一步任务是拾取单个工件并以分拣方式将其传送(可能是将其堆叠)到适当的分拣位置。在工件传送结束时，即使是剩余的金属片材废料也被分拣机移除到处置地点。
36.正如可以猜测的那样，由于在不同的制造批次中，原材料片材、单个工件和废料可能具有非常不同的性质、尺寸、形状和重量，因此分拣机必须采用各种抓取工具。对于这种抓取操作，分拣机以本身已知的方式利用一个或多个配备有抓取工具的夹头，夹头至少沿着水平面上的两个正交轴线和竖直轴线安装在属于具有位移轴的系统的处理臂的下端。
37.根据本发明，用于分拣机的夹头t包括容纳多个工具的外壳框架。图1和图2所示的
夹头t处于紧凑的原始状态；由于盖体c的存在，内部结构不可见；在上部，夹头t以凸缘f结束，凸缘f固定到分拣机的移动臂；通过紧固凸缘f，使控制或能量传输线l穿过-例如真空管、压缩空气管、一根或多根电缆等-以适当地控制夹头和工具的构件；在下部，夹头t容纳多个抓取工具，这将在下文中更好地描述。
38.特别地，如图3所示，夹头t由支撑框架1组成，支撑框架1与紧固凸缘f成为一体，其上安装有一系列的操作部件。操作部件包括旋转器形工具载架2(其具有用于驱动绕轴线h旋转的相对旋转式致动器3)和带有相对线性致动器5的竖直传送平台4。在夹头t上进一步优选地设置有气动分配单元6，其将穿过凸缘f的单个气动管线与多条管线连通到夹头上的各种控制构件。
39.图4a和图4b详细示出了旋转器形工具载架2及其致动器3。
40.旋转器形工具载架2基本上包括接合体21，该接合体21围绕选择轴线h可旋转地安装，并且通过由包括齿轮马达m1和齿形带31的致动器3致动的皮带轮22驱动而旋转。在接合体21上联接一些工具u，这将在下文中更好地描述。
41.选择轴h优选地是水平的。
42.优选地设置有与皮带轮22同轴的旋转式流体分配器23，其流体连接到接合体21。分配器23的目的是为指向工具的多个流体管提供连续性，将布置在分配器上的固定位置的多个流体输入连接器24与设置在可移动抓取工具上的相应的多个工具插座25连接起来。
43.分配器23上的固定的输入连接器24连接到气动分配单元6，以便将来自处理臂(未示出)的真空管适当地流体连接到可移动地旋转安装于接合体21上的工具插座25。出于这个原因，真空吸力会产生从工具到处理臂顶部的吸入气流。
44.优选地，在工具插座25和旋转式流体分配器23之间，设置有例如如图所示的螺旋缠绕的相应的柔性且可延伸的软管25'，使得即使当工具移动得远离旋转式流体分配器23时也允许流体管的连续性(如将进一步示出的)。
45.旋转式流体分配器23优选地在中心位置具有纵向通孔26，其平行于轴线h，也易于容纳电通线(electrical through-wire)，以供应其他电气装置，例如与接合体21形成一体的电磁体27或者载于工具u上的其他电磁体。
46.齿轮马达m1的旋转控制优选地是交替的，以便在两个相反方向上执行小于360
°
的旋转。因此，不需要提供滑动接触来保持电线的连续性，而是允许其在两个方向上的交替扭曲。
47.在所示的实施方案中，接合体21被设想为容纳四个不同的工具u
1-u4。为此目的，接合体21呈方形板的形状，具有四个正交的侧面，其上联接相等数量的抓取工具u
1-u4。在每一侧，设置有电磁体27和成对的调节孔28。每一侧还配备有具有一对弹性臂29a和29b的叉状物，一个弹性臂弹性地推向另一个，用于限定抓取工具u
1-u4的抓取动作。
48.电磁体27和带有弹性臂29a和29b的叉状物整体形成可释放的接合装置，其甚至可以采用不同的实施方案。它们保持工具u
1-u4与接合体21联接，但允许以下述方式和时间进行受控分离。
49.各种抓取工具u
1-u4均配备有通用的紧固基座200(图4c)，根据工具类型的不同而变化的活动部件紧固于此。基座200配备有保持装置，该保持装置布置成与存在于旋转器形载架2的接合体21上的对应的可释放接合装置牢固接合。特别地，基座200具有用于与接合
体21的相应定心孔28接合的一对定心销201，以及用于与电磁体27联接的金属嵌入物202。在同一基座200上还设置有一对保持销203，用于与设置在传送平台4上的接合装置接合，如将进一步看到的。
50.基座200的侧面设计被设想为与弹性臂29a、29b配合并在两者间保持牢固地卡扣接合。
51.如图4b所示，利用定心销201与定心孔28的接合以及由弹性臂29a、29b和电磁体27赋予的保持卡扣力，旋转器形载架2的接合体21以可释放的方式保持四个不同的工具。在图4b中，旋转器形载架2附接到具有不同活动部件的三个示例性抓取工具：
52.具有多个圆形真空吸帽的第一工具u1、
53.具有两个细长真空吸帽的第二工具u2、以及
54.设置有四个电磁缸的第三工具u3。设置有单个圆形真空吸帽的第四工具u4已被隔开并在图4c中单独显示。
55.图4d显示了另一种优选的工具u5(例如，可安装在夹头上代替工具u3)，设置有易于独立控制的两个同心电磁体。具体地，第一中央电磁体为圆形并且直径在25-35毫米之间：用于收集较小的工件(最大约40公斤)。第二外围电磁体为环形：当要收集的工件重量超过40公斤，最大约130公斤时，用于提供对第一电磁体的力的辅助力。两个电磁体的激活可以交替控制或同时控制。因此，提供了一种具有三重几何(triple-fold geometry)和不同承载能力的工具，可根据要收集的工件进行编程。
56.图5a详细显示了带有相关线性致动器5的传送平台4，两者都安装在框架t上。
57.根据所示的实施方案，传送平台4包括紧固到移动滑块42的搁架41，该移动滑块42沿着滑动轴线y可滑动地安装。滑动轴线y优选地是竖直的。
58.搁架41设置有接合装置，通过该接合装置，搁架41可以以可释放的方式牢固地紧固到选择的抓取工具。
59.必须注意，搁架41在夹头的中心轴线方向上与移动滑块42相距一定距离处支撑悬臂式接合装置。特别地，当需要时，接合装置处于可以与抓取工具u
1-u5的保持装置相接合的中心区域中。
60.根据所示的实施方案，可释放的接合装置包括轴43，轴43旋转地支撑在搁架41的终端体(terminal body)41'上并由气动致动器44驱动交替旋转。
61.轴43和致动器44的旋转轴线在附图中被标识为轴线w。
62.轴43的至少一部分的横向截面具有两个不同的正交尺寸，较短的和较长的：例如，圆柱形截面的轴43设置有两个相对的侧面凹槽43a(图5c)。轴43用于与工具u
1-u5的两个保持销203之间限定的叉状物特征接合，或者提供更大的或更小的直径并由此分别防止或允许相对的横向脱离运动。
63.因此，抓取工具u
1-u5的两个保持销203具有较窄截面部分203'。对应于这种较窄的部分，两个销的表面之间的中心距大于对应于凹槽43a的轴43的较小尺寸。因此，两个保持销203可以在对应于凹槽43a的轴43上自由地横向滑动，如果轴43的较大部分位于销203的两个较窄部分203'之间，则可以防止横向移动。
64.换言之，根据轴203所采取的旋转角度，可以将该对保持销203保持为横向捕获的或自由的，这将在下文中更好地描述。
65.搁架41的终端体41'还具有平行引导孔45以容纳该对保持销203。平行引导孔45与轴43正交并在其旋转轴线w的相对两侧与其旋转基座相交。因此，当保持销203插入引导孔45时，其可以与轴43在侧面接合。
66.此外，在搁架41上安装有一对打开凸轮构件46，布置在轴43的相对侧，其设计成在附接步骤中接触并展开弹性臂29a和29b。
67.可移动滑块42的直线运动由线性致动器5控制，例如滚珠丝杠51由电动机52通过传动带53驱动旋转。
68.优选地，线性致动器5通过浮动接头54控制可移动滑块42，浮动接头54通过弹性构件(例如螺旋弹簧)传递驱动力。浮动接头54的目的是为了补偿线性致动器和平台之间的任何未对准，确保在任何情况下沿着轴线y的运动控制被传递到传送平台4而不会卡住。
69.致动器5配置为(图5a)在原始位置(其中可移动滑块42处于上部位置)、附接位置(其中传送平台4附接到所需工具，如将进一步描述的)以及一个或多个操作位置(其中滑块42沿着轴线y下降到较低位置并且附接到平台4的工具逐渐延伸到夹头下方)之间移动传送平台4。
70.在原始位置(图6a)，可移动滑块42处于其上部位置，并且使搁架41与轴43保持在相对于旋转器形载架2的大致中心位置：轴线w靠近轴线h。在这种情况下，旋转器形载架2可以围绕轴线h自由旋转，并且工具围绕搁架组件41和致动器44而不受干扰。事实上，为此目的，工具u
1-u5在距离旋转轴线h的一定径向距离处与支撑体21接合，该径向距离足以为搁架组件41及其致动器44留出空间。
71.在附接位置(图6b)，可移动滑块42竖直向下移动足以使搁架组件41的终端体41'与选择的工具u接合的量度，该工具u是在旋转器形载架2上处于较低位置的工具，例如图中的工具u4。在这种情况下，保持销203与引导孔205接合，并且相应的减小截面区域203'位于轴43的侧面附近。
72.在该位置，根据所采取的旋转角度，轴43被两个保持销203捕获或释放。
73.在图6b和图6c中，轴43使其较大的直径面向两个相对的保持销203(事实上凹槽43a在轴的上部可见)，因此轴43被锁定在保持销203之间：在这种情况下，工具u4和传送平台4由于销203与孔45的接合而沿着平行于轴线w的水平轴线成为一体，并且由于轴43在销203之间的接合而沿着平行于轴线y的竖直轴线成为一体。
74.反之亦然，当搁架41越来越靠近所选工具u时，必须允许沿着竖直轴线的相对运动并且轴43旋转90
°
，使得其较小直径部分(凹槽43a)面对两个相对的保持销203。在工具附接步骤中，一对打开的楔形物46接触并展开弹性臂29a和29b，因此不再将工具u保持在旋转器形载架上：只要轴43不旋转并接合这两个保持销203，工具就仅通过电磁体27的作用保持结合到旋转器形载架2。一旦工具最终被附接到传送平台4，电磁体27可以去激活，使得工具从旋转器形载架2完全释放并且能够与传送平台4一体地移动。
75.一旦所需工具u与传送平台4成为一体并从旋转器形载架2释放，通过滑块42沿着竖直轴线y的进一步平移，搁架组件41可以被移动到远离夹头的操作位置。
76.图10-14显示了夹头的各种视图，其中工具u4在操作位置向下延伸，滑块42延伸到其最大延伸程度。
77.在这种情况下，选择的工具u与夹头有足够的距离，以便能够容易地作用在要收集
的工件上，而不受较大体积的旋转器形载架2和整个夹头t的影响。
78.为了防止抓取工具上的重量施加到线性致动器5，优选在行程末端操作位置设置止动装置，该止动装置将滑块42直接牢固地紧固到框架1的结构上。在图13所示的实施方案中，这些止动装置是与滑块42一体的一对销42a的形状，其抵靠在与框架1一体的一对钩11上。在这种情况下，仍然由于浮动接头54的存在，不需要对止动装置进行微调，因为任何安装误差都会在不对控制构件造成干扰或损坏的情况下被浮动接头54吸收。
79.图15-图22示出了根据本发明的夹头的不同选择步骤。
80.在图15中，夹头t处于参考状态，旋转器形载架2采取了“零”的旋转角，并且传送平台4处于上部原始位置。
81.在图16中，工具u4被选择，其通过旋转器形载架2围绕轴线h的旋转(例如旋转90
°
)而被置于较低位置。
82.在图17中，传送平台4移动到附接位置，以使保持销203与引导孔45接合并且展开弹性臂29a和29b。在电磁体27的作用下，工具仍保持在旋转器形载架2上。
83.在图18中，显示了工具与传送平台4的最终接合的步骤。气动致动器44使轴43旋转，从而确定其在两个保持销203之间被捕获，并将工具u4也沿着运动轴线y夹持到传送平台4。电磁体27去激活，从而将工具从旋转器形载架2中完全释放。
84.在图19中，显示了工具的操作步骤。滑块42向下延伸，使工具u4进入操作位置，例如附接位置下方200mm。在该步骤中，工具u4由控制线或与其功能一致的能量传递提供动力，例如沿着可延伸管25'启动真空抽吸。
85.在这种情况下，夹头t使用处于操作位置的选择的工具执行编程工作。例如，收集一块新的金属片材并将其传送到切割中心的入口处。
86.在这个工作循环结束时，如果需要使用不同的工具执行不同的抓取，当前的工具将被带回附接位置，并且沿着控制线的动力供应将被中断(图20)。
87.传送平台4被带回附接位置，当前工具从轴43释放并通过电磁体27收回(图21)。之后，传送平台4返回其原始位置(图22)，工具也被弹性臂29a和29b再次牢固地接合，并且旋转器形载架2可以再次旋转以执行对所需工具的新选择。
88.由于根据本发明的夹头的特定布局，旋转器形载架上的所有工具在任何情况下通过电磁体27和弹性臂29a和29b被牢固地接合并且被正确地(电动地或气动地)供应：因此它们可以完美运行，并且相对于处于原始位置的传送平台没有任何妨碍。因此，这允许利用额外的操作模式。事实上，尽管这些工具仍留在旋转器形载架上，但仍可用于收集重量不会过大的工件(因为负载通过旋转轴线h和可释放的接合装置支撑，该接合装置至少在优选实施方案中提供的布局中不会赋予大的力)。
89.因此，工件也可以在水平轴线(即h轴线)上旋转，然后可以从水平姿态变为倾斜姿态，以放置在一排相邻工件的机架或进料器上(而不是一个堆叠在另一个之上)。焊接站、拟人机器人或任何情况下的自动化站都可以从非水平沉积中受益。如图23-图23c的顺序所示，工件p可以以水平姿态被收集，然后通过围绕轴线h旋转旋转器形载架而逐渐旋转到竖直姿态。
90.从以上描述可以清楚地理解，根据本发明的用于分拣设备的夹头和相关操作方法允许完美地到达设置的对象。
91.事实上，夹头布置成使得载有的一系列不同的工具安装在旋转器形载架上：因此可以在短时间内选择所需的工具，而无需在执行工具更换的外围载架区域中移动夹头。这可以在操作周期中节省可以理解的时间。
92.提供以围绕水平轴线旋转的方式支撑多个完全操作工具的旋转器形载架在工件处理方面提供了进一步的优势。
93.此外，所选工具到传送平台的拾取动作允许将单个工具移动到距离工具载架足够远的位置，使得尽管相同工具载架的体积很大，但不会出现工具的特定工作限制。因此，夹头能够以与传统的单工具处理机相同的方式操作，但以更快和灵活的方式操作。
94.然而，应当理解，本发明不应被认为限于所示的特定实施方案，而是可以有不同的变体，在不背离本发明的保护范围的情况下，所有这些都在本领域技术人员的能力范围内，其仅由随附权利要求定义。
95.例如，尽管在描述中一直参考具有四个工具和相对可释放的接合装置的旋转器形载架，但不排除也可以将四个以上的工具安装在载架单元上，这也取决于每个所述工具的体积。
96.此外，应当理解，表述“旋转器形载架”还意味着旋转的工具架、工具转盘、工具转塔，而且还包括用于具有不同选择运动的多个工具的载架单元，例如线性运动或具有更复杂位移的运动，只要允许选择所需的工具，该工具位于可移动载架的特定位置，可以从该位置被传送平台拾取和隔开。
97.最后，尽管落入此处提供的教导，必须注意的是工具接合和保持装置也可能与图中所示的装置有很大不同。