零件传递和控制电路系统 本发明提供一种装置和控制电路，用于在一第一制造工序和一第二制造工序之间传递零件。
尤其是，本发明提供一种夹爪组件用于从一第一冲压工序中抓取并分开多个链节板用于将它们传递至一第二制造工序。链节板可以是位于从冲压工序中被卸出的链节板所组成的连续前进流水线上。夹爪组件被安装在一具有柔性臂的机械手装置的远端上，夹爪在柔性臂的端部可枢转。该柔性臂装置的近端被连接到一基座上且可绕该基座转动，该基座则可被连接到地板上或者被永久性地安装住。几个组件或操作，亦即夹爪组件、柔性臂、第一冲压和第二冲压，是具有多个按照一定的策略放置的传感器的机械附件，这些传感器被连接到一中央处理器(CPU)或计算机，或直接连接或经一控制器，用于控制操作、传感器和装置。计算机被操作用于从任何传感器和控制器接收信号并将控制信号根据被测的信号传递至控制器和操作部件。
用于制造过程的机械手装置被用于不同的工业和技术。这种机械手装置的专门用途包括汽车工业中计算机控制自动焊机，以及机械加工业中多轴钻削装置。其它已知的用途包括装配和磨削工序。然而，所有这些对这种柔性臂或机械手装置的应用都要求用于专门自动化任务的操作头。机械手装置的柔性臂提供大范围的运动以及在三维位置阵列中地多个潜在远端位置。采用柔性臂使操作者远离靠近移动的、旋转的、冲压的、冲孔的或焊接的操作的潜在危险位置，且能提供一种手段来降低每道工序的工作小时数用于获取经济上的利益。这种柔性臂装置的例子有威斯康星州New Berlin地区的ABB柔性自动化公司(ABB FlexibleAutomation Inc.)出产的不同类型装置，其中如IRB2400等。1996年5月发行的小册子“Maestro System 4 Product Line”对这些组件和装置作了描述。
制造辊子链链节板和其它类型的链可涉及大量的机械操作。例如，辊子链制造采用多个高速冲床，这些冲床可包括顺序的冲压操作来产生链节板。其它工序可包括钻床、铆接设备、焊接、冷锻和车削设备。这些机械工作的每一个都可以是一种高速的操作，它们对操作者来说会产生潜在的危害。因此，已经作出的不断的努力来对制造实践中的不同步骤或工序进行自动化以减少对工人的危害，同时也是为了加速处理的工作。如上所述，对制造过程中的重复步骤进行自动化可使操作者远离潜在危险位置，例如，它可使操作者离开冲压操作。其它一些潜在的危险操作包括钻削和焊接操作。除了从制造工序的自动化中获得人身安全和健康的好处之外，还可通过采用机械来实施先前手工劳动所作的重复性工作来获取经济利益。
在制造工序之间自动获取并传送较小零件要求技术、出色的工具、机床和传送设备速度、以及工具的灵巧性。这些是必要的属性，因为小零件制造常常是大批量的或高速的操作。工具必须是可靠且敏捷的用于处置零件，而操作技术则要求在实际所要求或约束的环境中用工具来获取合适的零件。在用于辊子链的链节板的情况下，每块板长小于1英寸，其壁厚小于1/4英寸。链节板被做成具有砂漏形状，其结构特性不能被大的机械装置所抓取。因此，操作技术以及辅助的操作和传送设备或工具便成为制造自动化方程中的必要元素。
本发明提供一种自动化零件操纵组件，它具有从一第一操作接收零件的工具、零件抓取工具、在两操作间传送零件的工具、接收被传送零件用于馈送至一第二操作的工具、以及具有用于控制数个操作的信号传感器和解析控制器的控制电路和用于连续制造工序的技术。零件传送装置包括一机械手装置，它具有一空间可编程柔性臂用于在一个三维位置阵列中作运动。一夹爪组件被独立地支承在柔性臂远端，可定位在整个被对准的、直立的链节板上并能被执行抓取多个链节板将它们传送至另一位置。
在一专门用途中，辊子链、链节板坯料被形成在一连接操作的冲压机上且被馈送至一卸料架，该卸料架具有零件导向杆，该导向杆可被操作用来适合直立链节板的轮廓，该轮廓将链节板在卸料架上排成紧紧对齐的一列。夹爪组件被定位来抓取链节板。在夹爪尾部的零件清除器用于将被夹爪所抓住的紧密堆叠的链节板从卸料架上的链节板连续馈送线上分离下来。被爪住的链节板被保持排列在夹爪中且被送至一用于第二操作的管形送料器。该管形送料器接受链节板并将其保持成对齐的状态，并调节夹爪组件用于将链节板放置在管形送料器中。
对链节板的抓取、传送和馈入以及这些运动与制造设备和工序的同步的控制是由一由策略配置的传感器、设备控制器和一计算机控制器CPU组成的整体网络来调节的，该CPU被连接至数个传感器和控制器来接收输入信号并提供输出控制信号。
在附图中采用相同的附图标记来表征相同元件，附图中：
图1为例示性操作的示意图，其输入一输出信号被接至CPU；
图2为一示例性机械手柔性臂装置的正视图，图中画出臂的垂直和水平行程范围；
图3为图2所示装置的顶视图，画出了装置行程的水平长度和宽度范围；
图3A为图2和图3所示机械手装置的放大了的正视图；
图4为一夹爪组件的斜视图；
图5为图4所示夹爪组件的背部的斜视图，它包括零件清除器；
图6为一零件擒纵架和冲压机排出架斜视图；
图6A为一直立辊子链链节板的正视图；
图6B为图6A的直立辊子链链节板的一侧视图；
图7为第一工序用的零件送料装置的一斜视图。
图1中大致地示意性地标出一用于传送小零件的组件40。组件40包括零件操纵和传送机构10、零件接收工具12和用于在加工或制造工序间传送零件的控制网络系统14。在该示例中，冲压机18、斜压机20、以及冲孔机22被用线24、26和28各自连接至控制网络系统14，并在机器18、20、22和系统14间接收并传输控制信号。线30、32、34和36连接零件和位置传感器以及传送机构10到网络系统14用于在数个传感器和网络系统14之间传送被测的信号。图2至图7尤其示出用于机械传送辊子链链节板16的装置和配置工具和控制装置。图6A和6B示出链节板16，它具有一带捏腰144的砂漏形状、外边缘17、第一瓣146、第二瓣148、第一面147和第二面149。对链节板16的机械的和自动的传送是由图4、5和7中所示的夹爪组件42来完成的。
一种机械手柔性臂装置44的例子是ABB柔性自动化公司生产的型号为IRB 2400/10的机构。装置44具有可伸展臂46和垂直部件47，该部件47在其近端50被可旋转地安装在基座48上。可伸展臂46在其近端45被可旋转地连接至垂直部件47的远端49。臂46的运动范围示于图2和3中，这两图结合起来示出了臂46运动的一个三维位置阵列。柔性臂46的远端52可同时绕第一轴54和第二轴56旋转。柔性臂46并不局限于直线的或平面的运动，它的广阔的运动范围提供了一个较广的可利用位置阵列。
图4和7中的机械手滑动机构90利用安装板92和已知的固定手段如螺栓或焊接(图中未示出)固定到柔性臂远端52和安装块53。机械手滑块90的往复杆94从侧壁96和98朝两相反方向伸出，往复杆94是气动工作的且被耦合至工具装置。这样，一诸如图4中的夹爪组件60那样的工具组件便可被固定到滑块90用于在柔性臂46的运动范围内将远端52绕柔性臂46的第一轴54和柔性臂的第二轴56旋转并定位。尽管杆94被表示为气动工作的，但需指出的是这仅仅是一个例子而不是限制，因为杆94也可以是液压驱动的或电动的。
机械手控制装置180是可用已有的手段来加以编程的，它被连接至ABB柔性自动化公司产的机械手臂装置44上。控制装置180可通过编程来控制柔性臂46在上述有关图2和3所示的位置的三维阵列中的位置或场所之间运动。滑动机构90被用控制装置180来激励或停止亦即接上或脱开，以在一伸展的或缩回的位置之间移动往复杆94。图1中的柔性臂装置46包括在CPU14中或与之成一体的控制装置180，该柔性臂装置46通过线34连接至CPU14和控制装置180来控制柔性臂46的运动。柔性臂46的移动形式或路径可被控制成在为图2所示的绕基座48和装置44的第三轴55转动得出的不规则形状58所规定的空间中沿任何路径移动。
图4、5和7中的夹爪组件60具有第一纵爪62和第二纵爪64，爪62和64总体平行于图4中的纵轴66。第一爪62具有带内爪表面70的上表面67，而第二爪64具有带内爪表面72的上表面68，内爪表面70和72优选地被做成具有上斜面74和下斜面76的倒V形形状。以下对V形内爪表面70和72以及清除器片78和80的好处、功能和相互关系各作一介绍。
第一夹头工具块84和第二夹头工具块86各自被安装在爪62和64的上表面67和68上。第一和第二工具块84和86从上表面67和68垂直伸展，两者间有间隙88。机械手滑动机构90位于间隙88中且被连接至工具块84和86。机械手滑动往复杆94从滑动机构侧臂96和98伸出，它们各自被连接至工具块84和86以将第一和第二爪62和64在一张开的、或链节板脱开的位置和一闭合的、或链节板抓住的位置间移动。图4、5和7示出该链节板啮合位置，其中夹爪组件60抓住多个链节板16。具有固结于远端52的爪组件60的柔性臂46可伸展开以将链节板16从一诸如第一压机18的第一操作传送至诸如第二压机20或22那样的第二操作，这些特定压机的功能或操作仅作为例子而并非是一种限制。
如上所述，夹爪组件60的柔性臂46在操作之间传送零件，且尤其是传送辊子链链节板16。然而，这种零件的传送要求如下条件：链节板16在压机18上的对准和可接近性；对爪组件60合适的定位以抓取链节板16；分开相邻链节板16而不中断在第一压机18上馈入和传送链节板16的过程的装置；在第二压机20上接收并馈送链节板16的装置；以及零件传送组件40与数个操作的同步来提供连续的操作。
在本例中，链节板16起始在压机18上以很高的速度被冲压或冲切。压机18为一连续和自动的操作，它在压机卸料端提供被冲切的辊子链链节板16的一连续流，该链节板16从压机卸料端前进，其外边缘17排列成如图6所示的一垂直的直立队列形式。两冲模可以串联形式工作来生产两列链节板16以增加链节板16的生产量，见图6。链节板坯料16被从一个压机或数个压机18连续送入，而在压机18的链节板卸料端则要求有工具来为自动传送装置恰当地将坯料16定位。在图6中，链节板16被从压机18沿卸出架100被连续地送入或移动成链节板边缘17朝上。由于在相邻链节板16间的堆集的关系且由于在垂直排列的侧壁102和104之间的传递轨道或槽106的原因，链节板16以这种侧立、垂直的配置方式被保持在卸出架100上。
通过从压机18连续卸出链节板16使链节板16沿卸出架100前进至零件擒纵架100。擒纵架110具有上表面112，表面112具有纵向和平行的开口114、116和118。轨道120纵向伸展在开口114和116之间，其中弓形零件导杆122被配置在轨道120上且做成其轮廓与链节板边缘17的捏腰轮廓144相匹配。具有第二零件导杆126的第二轨道124纵向伸展在开口116和118之间且平行于第一轨道120以从第二压机18和第二送料槽106接收坯料。第一和第二零件导杆122和124的每一个均与架100上的一轨道106对齐以接收前进的链节板16列。
图6中，多个边缘17直立的紧密堆放的链节板16被分两排提供在擒纵架110上。在该位置时，每排或每排的部分链节板16可被夹爪组件60所抓取来传送至一送料器组件，如图7中所示的管形送料器装置130。管形送料器130被安装在第二压机20上用于将链节板送入第二压机操作。送料器130具有带零件通道134的安装板132，该安装板132可被固定到压机20或22上，如图1所示。运料器130的第一管136和第二管138其形状被加工成适合于链节板16的捏腰半径。第一管136和第二管138被固定到安装板132的上表面140，位于零件通道134的相对两侧上。管136和138从表面140成锐角向上伸展，该角位移为操纵夹爪组件60提供了交分空间以将链节板16传送至送料器130。第一管136和第二管138之间的间隙142其宽度近似等于图6A所示的链节板捏腰144的宽度。
如图7所示，一组或一套筒的链节板16被抓取在夹爪组件60中并通过将该套筒的链节板16放置在第一管136和第二管138之间而被传送至管送料器130。管136、138的截面直径小于图4所示的机械手滑动机构90和固定在爪62和64之间的链节板16间的分隔距离或间隙148。这样，夹爪组件60能可靠地将整套链节板16传送入管形送料器间隙142中。
如上所述，夹爪组件60，且尤其是与清除器片78和80合作的爪62和64可在擒纵架110上抓取一套筒的或多个链节板16。在此之后，夹爪组件60与机械手装置44合作可将该套筒链节板16传送至管形送料器槽142。这种链节板16的抓取和传送在控制器180和CPU14的编程之后可不受手工干预地重复进行。然而，抓取一套筒的链节板16要求相对于一排链节板16端部在每一零件导杆122和124上的位置信息。
冲切或冲压操作一般采用润滑油，这些润滑油粘附在由这些操作所生产的零件上。在本例中相邻链节板16上的和它们之间的油的表面张力以及链节板沿擒纵架110的运动的至少一个向前或向后方向上的叠加在相邻链节板16上的粘附物使链节板16不能被容易地分开。这种粘附可造成在任何一个零件导杆122和124上的整排链节板16的中断。因此要求夹爪组件60提供敏感装置来定位爪62和64以抓取一套筒的链节板16。同样，被抓取的链节板16组必须完全脱开架110上的其余链节板16而不干扰链节板16沿架110的顺利流动和移动。夹爪组件60所要求的这种属性是由V形内爪表面70和72外加清除器板78和80以及控制器180来提供的。
尤其是，控制器180将夹爪组件60定位在高出擒纵架110表面之上1/6～1/8英寸的地方且位于杆122或124之上的数排链节板16中的一排之上。后传感器组件190在杆193上有传感器192和在杆195上有传感器194，而杆193和195各自固定到爪62和64上，从而检测链节板16是否位于夹爪组件60的近旁。
夹爪组件60的前端67上的前传感器组件170具有第一传感器172和第二传感器174，分别安装在第一爪62和第二爪64上来检测在擒纵架110上的前导链节板16或链节板位置，擒纵架110提供一整套筒的链节板16给夹爪组件60。如上所述，张开的爪62和64最初位置在擒纵架110上一链节板零件堆的两侧稍稍高于架110的上表面112。该位置允许闭合爪62和64以在爪62和64的长度范围内抓取一堆链节板的瓣146和148。夹爪组件60然后可将链节板16从架110抓取并上举到爪62、64中。与此同时，清除器板78和80在爪62和64的后部从所抓取的链节板16很干净地将零件堆或最后一块链节板16分开，而不影响架110上其余的链节板16。亦即：架110上爪62和64后部的前导链节板16被保持在架110上而同时都允许爪62和64抓取多个或一套筒的链节板16。
清除器板78、80的优选实施例使用弹簧钢，然而也可使用代用材料，如：塑料、尼龙。其它弹性体材料或替代金属材料。零件分离是由接触或抓取爪后侧82之前的最后或最远的链节板16的至少10％的壁厚来实现的。一个链节板16的厚度的90％的距离是被从爪后侧82保持到清除器板78和80的前端79。在架110上的运动链节板16堆的相邻链节板16间精确的分离位置或点是一个常变量。当每排链节板16连续前进时，机械手臂44将爪62和64移进位置来抓取架110上的多个链节板16。在该交互式环境中，被抓取在爪62和64间的多个链节板16的最后一个链节板300在当爪62和64捕获至少10％的链节板宽或厚时占先被清除器78和80从被抓取的链节板堆上分离下来。
本系统的自动状态要求有控制系统14来控制上述数个装置，同时也提供对数个运动的和操作的元件的同步操作。数个传送和制造元件的每一个要求一传感装置和一控制装置或控制手段。如图1所示那样，控制信号和敏感的信号经控制系统或CPU以及至少元件10、18、20和22之间的数据线被传递。图1中，控制信号被在CPU 14和冲压机18间传递，该控制信号响应一位置信号，该位置信号被从零件擒纵架110的架前端162处的传感器装置160所传送出。装置160比如可以是一光电管或激光传感器，它们带有一发送器或传送装置164和一接收装置166。一用来中断装置164和166间信号的链节板16将一信号经线30传送到CPU14，该信号指示出一满架110且诱发来自CPU14的一控制信号来将一信号经线24传送至压机18来脱开或暂停。控制压机18的专门装置可以是一FEMA阀；一螺线管阀或其它已有技术已知的传感器或开关装置，它们可中断电源或脱开压力机的操作。专门类型的传感器元件不属本发明的范围。
类似地，送料器120也有带发送器202和接收器204的传感器组件200，发送器202和接收器204各自安装在管136和138上。传感器202和204经线36被连接至CPU14来传输一信号指出在送料器槽142中链节板16的一低电平。一低电平、发送至压机20的链节板信号诱发压机脱开操作或暂停用于接收在槽142中对链节板16的新供应。CPU14接收被敏感的信号并将控制信号传送至压机20或22且也送至柔性臂装置10来根据这些信号将零件传送至压机20或22。
机械手臂装置44的控制器180柔性臂46和夹爪组件60的运动和位置。CPU14内连或外连至控制器180，该CPU14从各自安装在第一压机18、管形送料器12和夹爪组件60上的传感器组件160、200、190和170接收信号。此外，来自机械手装置44的运动和位置信号经线32被CPU14和控制器180所接收和发送。这些信号提供对装置44和夹爪组件60的位置控制用于在第一压机18上抓取链节板16并将被抓取的链节板16传送或释放给第二压机20，且尤其是给送料器装置130。
操作中，零件传送系统40在制造工序间传送链节板16。CPU14从传感器组件160、170、190和200敏感信号并从内部来分析信号，如通过一比较器与经验数据比较或经开环或闭环电路，或采用其它已知的解析方式。在响应被敏感信号时，CPU14将控制信号传至数个装置来控制对第一压机18上冲压操作的执行、机械手装置44及柔性臂46以及夹爪组件60的运动、管形送料器装置130、以及第二压机20或22。数个相互独立的操作便被同步化来馈入或保持一稳定的链节板16流到擒纵架110，来从架110快速抓取多个或整套筒的链节板16，来将具有链节板16的柔性臂46和夹爪组件60移动至管形送料器120用于给第二操作20或22送料、以及与第二操作20或22同步地保持对操作18的执行。使用传送系统40能使操作者远离高速压机工作的空间，这样消除了对人身潜在的安全危险。
尽管根据某些专门的实施例对本发明作了叙述，应理解的是：这只是举出了某些例子而并非给出了限制，所附的权利要求范围应尽量如已有技术所允许的那样来广泛加以解释。