CH657301A5 - Montageverfahren mit roboter. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von aus mehreren Teilen bestehenden Werkstücken mittels eines Roboters gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Während Roboter in verschiedenen Bereichen der Technik bereits Eingang gefunden haben, ist deren Einsatz für Montagearbeiten noch relativ selten anzutreffen. Die Hauptursache für den geringen Einsatz der Roboter in der Monta-5getechnik liegt darin, dass bei der Montage immer mehrere Teile zusammengefügt werden müssen, was lange Wegstrek-ken des Greiferarmes des Roboters erfordert. Der übliche Robotereinsatz ist nämlich so konzipiert, dass dieser ab bereitgestellten Behältern, Tablaren oder Fördereinrichtungen ein io Werkstück nach dem andern ergreift und diese dann einzeln zur Montagestelle befördert, wo sie zusammengebaut werden. Da durch diese Arbeitsweise grosse Wege durch den Roboterarm zurückgelegt werden müssen, ergeben sich hierdurch lange Taktzeiten. Die Wirtschaftlichkeit des Roboters ist dais durch oft in Frage gestellt, weil dessen Einsatz unrationell ist.

Von der DE-AS 1 250 347 ist ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. In dieser Schrift ist eine Montagevorrichtung für Uhren beschrieben. Die in den Platinen zu montierenden Einzelteile werden in einer vorbestimm-2oten Reihenfolge aus Tablaren entnommen, die auf einer Transportbahn an eine Entnahmestelle benachbart zum Montageplatz transportiert werden. Die zu bestückenden Platinen sind auf einer drehbaren Scheibe angeordnet. Bei der Montage werden sämtliche Platinen auf der Scheibe zunächst 25 mit dem Teil im ersten Tablar ausgerüstet, wobei nach jedem Einsetzen die Scheibe um einen Schritt weitergeschaltet wird. Wenn die Scheibe eine volle Umdrehung durchgeführt hat, wird das nächste Tablar auf der Transportbahn an die Entnahmestelle verschoben. Hierauf beginnt das Einsetzen des so nächsten Teils in die Platinen. Wenn alle Teile montiert sind, wird die Scheibe durch eine andere Scheibe mit leeren Platinen ersetzt.

Es wäre zwar denkbar, bei diesem Verfahren statt der Bedienungsperson einen Roboter einzusetzen. Die Transportas wege des Robotergreifarms wären dann gegenüber dem eingangs erläuterten Verfahren mit Montageroboter verkürzt, doch müssten immer noch lange Taktzeiten in Kauf genommen werden. Vor allem eignet sich dieses Verfahren aber nicht für die Montage auf Transferstrassen, welche die zu bestük-40 kenden Werkstücke taktweise anliefern und die bestückten Werkstücke abtransportieren.

Eine weitere Montagevorrichtung ist aus der DE-OS 2 005 825 bekannt. Es handelt sich um eine Maschine zum Einsetzen von in ihren elektrischen Eigenschaften unter-45 schiedlichen, aber äusserlich identischen elektronischen Bauteilen. Dazu werden mehrere Magazine mit den Bauteilen auf einem Schlitten einer Entnahmestelle zugeführt, wo die Teile entnommen und in gedruckte Schaltungen eingesetzt werden. Auch diese Vorrichtung eignet sich nicht für den Einsatz in so Transferstrassen. Vor allem setzt sie voraus, dass die zu montierenden Teile alle äusserlich identisch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass es den rationellen Einsatz eines Montageroboters ermög-55 licht, und dass es für die Montage in Transferstrassen geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es geht bei der Erfindung also darum, die Bewegung des fio Robotergreifarmes und die Zustellung der Tablare so miteinander zu koordinieren bzw. zu steuern, dass die vom Greiferarm zurückgelegte Wegstrecke möglichst kurz ist, was zu einer entsprechend kleinen Taktzeit führt. Die Werkstückteile werden dabei auf den Tablaren dem Roboter rasch und lage-65 richtig zugeführt. Auch das schnelle Ersetzen der leeren Tablare durch vorbereitete volle Tablare hilft mit, die Gesamttaktzeiten zu verkürzen und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Nachstehend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Montageanlage mit einem Roboter, einer Montagetransferstrasse und einer Tablartransport-einrichtung,

Fig. 2 eine weitere Montageanlage mit einem Portalroboter, der zwei Greifarme aufweist, sowie ebenfalls mit einer Montagetransferstrasse und einer Tablartransporteinrich-tung, und

Fig. 3 eine dritte Montageanlage ähnlich derjenigen gemäss Fig. 1, aber mit drei Tablartransportbahnen und einer automatischen Tablarrückführung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Montageanlage weist eine Transferstrasse 1 auf für den Transport von plattenförmigen Werkstückträgern 2, die mittels einer Hubvorrichtung 3 am Anfang der Transferstrasse auf diese plaziert werden. Die Werkstückträger 2 werden in an sich bekannter Art taktweise zum Montageplatz 4 des Roboters 5 transportiert, wo der Zusammenbau des Werkstückes automatisch erfolgt. Für allfällig noch notwendige ergänzende manuelle Montagearbeiten ist anschliessend noch ein Handarbeitsplatz 6 vorgesehen.

Am Ende der Transferstrasse 1 befindet sich eine Senkstation 7 zur Entnahme der Werkstückträger mit den fertig zusammengebauten Werkstücken. Der Arbeitszyklus wird durch die Bandgeschwindigkeit und die versenkbaren Anschläge 8 geregelt, gegen welche die Werkstückträger 2 vor der Freigabe anstossen. Durch die Anschläge 8 werden auch die verschiedenen Arbeitsstationen bestimmt.

Vor dem neben der Montagetransferstrasse 1 angeordneten Roboter 5 und parallel zur Montagetransferstrasse 1 ist eine Tablartransporteinrichtung 9 angeordnet, bestehend aus zwei Transportbahnen 10,11, welche in der Lage sind, Tablare 12, die die Werkstückteile enthalten, nach beiden Richtungen gegen Anschläge 13 hin zu transportieren. Die Tablartransporteinrichtung ist so konzipiert, dass das Zentrum der Tablare 12 bei der Teileentnahme etwa vor dem Roboter 5 zu stehen kommt. Die Tablare 12 werden nun taktweise in einer Richtung auf ihrer Bahn 10,11 transportiert, wobei der Roboter 5 nach Entnahme eines Werkstückteiles aus dem Tablar 12 den Weitertransport dieses Tablars 12 freigibt. Sodann wird ein nachfolgendes Tablar in die Entnahmeposition 23 transportiert.

Die zweite Transportbahn 11 funktioniert in analoger Weise. Sie wird ebenfalls nach Entnahme eines Werkstückteiles durch den Roboter gesteuert. Das wechselseitige Transportieren der Tablare erfolgt jeweils in der Aufnahmezeit eines Werkstückteiles. Auf jeder Transportbahn erfolgt beispielsweise der Abtransport eines Tablars 12 von 500 x 250 mm Grösse in zwei Sekunden. Durch das wechselseitige Fahren bei zwei Bahnen 10,11 reduziert sich die absolute Wechselzeit auf eine Sekunde. Bei einer Tablartransporteinrichtung 9 mit drei Bahnen (in Fig. 1 ist die dritte Bahn 14 gestrichelt eingezeichnet) würde sich diese absolute Wechselzeit auf 0,66 Sekunden reduzieren.

Es ist vorgesehen, dass jeweils auf einer Bahn Tablare 12 mit der gleichen Teilung zusammengefasst sind. Dies hat den Vorteil, dass diese Tablare alle zu gleicher Zeit leer werden und somit gemeinsam ausgeschleust werden können. Senkrecht zu den Transportbahnen 10,11 ist eine Tablarzufüh-rung 15 vorgesehen mit vorbereiteten vollen Tablaren, um die leeren Tablare sofort zu ersetzen. Da auf der zweiten Bahn 11 Tablare 12 mit einer anderen Teilung vorhanden sind, erfolgt der Austausch der Tablare auf der zweiten Bahn zu einem anderen Zeitpunkt als auf der ersten Bahn. Selbstverständlich wäre es auch möglich, auf allen Bahnen Tablare mit gleicher Teilung vorzusehen.

An den Rüstplätzen 16,17 werden die Tablare 12 von Hand aus Behältern beladen.

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Da es sich bei der erfindungsgemässen Robotermontage um eine Montage von Werkstücken kleiner Seriengrösse handelt, ist es wirtschaftlich, diese Teile von Hand in die Tablare 12 zu laden. Es wäre aber auch möglich,Teile, welche 5 transportfreundlich sind und in ähnlicher Art öfters vorkommen, mit einer automatischen Tablarladeeinrichtung zu beladen. So wären nur noch transportunfreundliche Teile manuell in die Tablare einzulegen, was zu einer Arbeitszeiteinsparung führen würde.

io Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 werden die Werkstücke aus sechs verschiedenen Teilen a, b, c, d, e, f zusammengesetzt. Bei der Vorbereitung der Tablare 12 werden diese Teile manuell aus den Teilebehältern 18 genommen und in die entsprechenden Tablare gelegt. So ist in Fig. 1 15 gezeigt, wie die Teile a, c und e an einem ersten Rüstplatz 16 in drei Tablare gelegt werden, die für die erste Transportbahn 10 bestimmt sind. Sobald die sich auf der Transportbahn 10 befindlichen Tablare 12 leer sind, werden sie nach rechts in eine Wartestellung 19 geschoben und die gefüllten Tablare 12 20 von der Tablarzuführung 15 auf die Transportbahn 10 gebracht, wie durch die Pfeile 26 angedeutet ist. Anschliessend werden die leeren Tablare 12 der Teile b, d und f von der Wartestellung 12 zum zweiten Rüstplatz 17 transportiert, wo sie ebenfalls wieder gefüllt werden. Sobald die leeren Tablare der 25 zweiten Transportbahn 11 in die Wartestellung 12 geschoben worden sind, wird die zweite Transportbahn 11 mit den auf der Palettenzuführung wartenden vollen Tablaren der zweiten Gruppe beladen. Dieser zyklische Arbeitsprozess gestattet eine wirtschaftliche Zuführung der Teile zu dem Roboter, so Für die eigentliche Montage wird wie folgt vorgegangen: Beim ersten Greifvorgang für das erste Teil befindet sich das Tablar 12 mit den Teilen a auf der Bahn 10 in der Entnahmeposition 23 unmittelbar benachbart zum Roboter. Während des Entnahmevorganges wird auf der Bahn 11 das Tablar 12 35 mit den Teilen b in seine Entnahmeposition 23 gefahren. Der quer zu den Bahnen 10,11 bewegliche Greifarm 21 muss nur ein kurzes Wegstück zurücklegen, um anschliessend an das Teil a ein Teil b zu ergreifen. Inzwischen ist auch bereits das c-Tablar 12 auf der Bahn 10 in Position gefahren und präsen-40 tiert dem Greiferarm 21 die Teile c, wobei wiederum nur eine kurze Wegstrecke des Greiferarmes zurückgelegt werden muss. Erst nachdem alle sechs Teile a, b, c, d, e, f ergriffen worden sind, fahrt der Greiferarm 21 zum Montageplatz 4 auf der Transferstrasse 1 zurück und baut diese Teile in das 45 Werkstück ein, das anschliessend auf der Trägerplatte 2 weitertransportiert wird zum Handarbeitsplatz 6.

Damit die Montage in kurzer Zeit erfolgen kann, ist es erforderlich, dass der Roboter 5 mit geeigneten Mehrfachgreifwerkzeugen ausgerüstet ist. Im dargestellten Beispiel ist vor-50 gesehen, dass der Roboter z.B. mit einem Sechs- oder Neunfachwerkzeug ausgerüstet ist, das am Ende des Roboterarmes 21 montiert ist. Die Verwendung eines solchen Mehrfachwerkzeuges zusammen mit der dargestellten Teilezuführung ergibt eine sehr kurze Greifzeit, ausserdem sind auch die zu 55 fahrenden Wege beim Ablegen der gegriffenen Teile sehr kurz. Mehrfachgreifer sind bei der Montagetechnik heute bereits bekannte Einrichtungen und werden schon an vielen Orten verwendet. Die einzelnen Greifer müssen den jeweiligen Werkstückteilen angepasst sein.

60 Ein Hauptvorteil der in der Fig. 1 dargestellten Anlage besteht darin, dass bei einer Produktionsänderung verhältnismässig wenig Hilfseinrichtungen ausgewechselt werden müssen. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um den Ersatz eines Mehrfachwerkzeuges, neuer Werkstückträgerplatten 2 «5 und sechs verschiedenen Tablare 12 für die Teile. Den Wechsel dieser Elemente kann man in sehr kurzer Zeit vornehmen und die erforderlichen Investitionen sind verhältnismässig gering.

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Im dargestellten Beispiel ist die Steuerung der Montageanlage wie folgt aufgebaut: Die Montagestrasse 1 besitzt eine selbständige Steuerung, ebenfalls die Palettentransportein-richtung 9 und der Roboter 5. Eine einfahrende Werkstückträgerplatte 2 meldet dem Roboter 5 ihr Vorhandensein, ebenfalls melden die einfahrenden Tablare 12, dass sie vorhanden sind.

Beide Informationen lösen die Arbeit des Roboters 5 aus. Er fährt zu den Tablaren 12, wobei er jedesmal nach dem Erfassen eines Teiles an die Tablartransporteinrichtung das Signal gibt, dass sein Greifvorgang beendet ist, so dass eine Verschiebung der Tablare 12 auf der jeweiligen Bahn 10,11 erfolgen kann. Nachdem alle Teile ergriffen worden sind, gehen die Tablare 12 in der Gegenrichtung wieder in ihre Ausgangsstellung. Der Roboter fährt zurück auf die Montagetransferstrasse 1 und legt die gegriffenen Teile auf die Werkstückträgerplatte 2 ab bzw. montiert diese in das Werkstück. Danach meldet der Roboter, dass er den Montagevorgang beendet hat und löst somit bei der Montagetransferstrasse den Wechsel für die nächste Werkstückträgerplatte 2 aus. Der nachfolgende Montagezyklus erfolgt in der Weise, dass die Werkstücke in umgekehrter Reihenfolge von den Tablaren abgenommen werden.

Der Tablartransport wird so gesteuert, dass die leeren Tablare durch ein Signal des Roboters 5 in die Wartestellung ge-5 schleust werden. Die in der Wartestellung angekommenen Tablare veranlassen die Zuführung der vorbereiteten gefüllten Tablare in die Entnahmebahn.

Die Anlage gemäss der Fig. 3 weist drei Transportbahnen 10,11,14 auf. Von den Bahnabschnitten 19,20,24, die hier io nicht mehr die Funktion einer Wartestellung erfüllen wie in der Fig. 1, werden die Tablare 12 automatisch zu den Rüstplätzen 16,17 geführt mittels einer Rückführbahn 22. Es ist auch möglich, vertikale Speicher 25 vorzusehen in der Rückführbahn 25 oder auch (nicht dargestellt) in der Zuführbahn 1515. Zur Montage der Werkstücke sind neun verschiedene Teile a, b, c, d, e, f, g, h, i vorgesehen und der Roboter weist ein Neunfachgreifwerkzeug auf.

Die Montageanlage gemäss der Fig. 2 ist mit einem Portalroboter 5 versehen mit zwei Greifarmen 21. Die Transport-20 bahnen 10,11 sind quer zur Transferstrasse 1 angeordnet. Im übrigen funktioniert diese Anlage in analoger Weise zu den beiden vorbeschriebenen Anlagen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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1. Verfahren zur Montage von aus mehreren Teilen bestehenden Werkstücken, wobei die Teile in einer vorbestimmten Reihenfolge aus Tablaren entnommen werden, die mit den verschiedenen Teilen in einer vorbestimmten Reihenfolge auf einer ersten Transportbahn an eine erste Entnahmestelle benachbart zum Montageplaz transportiert werden, von wo die Teile ergriffen und zum Montageplatz gebracht werden, wobei die Bewegungen des Ergreifens und der Tablarzustellung miteinander koordiniert werden, dadurch gekennzeichnet, dass neben der ersten Transportbahn mindestens eine zweite Transportbahn mit zusätzlichen Tablaren angeordnet wird, dass die beiden Transportbahnen alternierend bewegt werden, dass der Greifarm eines Roboters die Teile nacheinander abwechselnd an der ersten Entnahmestelle von den Tablaren auf der ersten Transportbahn und an einer benachbarten zweiten Entnahmestelle von den Tablaren auf der zweiten Transportbahn ergreift, und dass die Teile nach dem Ergreifen vom Greifarm gesamthaft zum Montageplaz gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung der Tablare diese in gleicher oder gegenläufiger Richtung auf ihren Transportbahnen um eine Tablarlänge verschoben werden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entnahme aller Teile für ein Werkstück die Tablare wieder in ihre Ausgangsposition zurückgeführt werden oder, falls sie leer sind, durch volle Tablare ersetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die leeren Tablare einer Bahn gemeinsam in eine Wartestellung transportiert werden und dass anschliessend vorbereitete gefüllte Tablare der Bahn zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bestücken der Transportbahn mit vollen Tablaren die leeren Tablare aus der Wartestellung an einen Rüstplatz transportiert werden, wo sie manuell oder automatisch gefüllt werden, um bei Bedarf wieder der Transportbahn zugeführt zu werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leeren Tablare automatisch mittels einer Rückführbahn zu einem Rüstplatz transportiert werden, von wo aus sie nach dem Füllen wieder in die Transportbahn geschleust werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifarm (21) des Roboters (5) mit einem Mehrfachwerkzeug ausgerüstet ist, welches im Minimum soviele Greifer trägt, wie in den Tablaren (12) verschiedenartige Teile vorhanden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer Transportbahn (10,11 14) gelagerten Tablare (12) alle die gleiche Teilung aufweisen, wobei die Tablarteilung auf den verschiedenen Transportbahnen gleich oder unterschiedlich ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportbahn (10,11,14) mit den Tablaren (5) parallel oder rechtwinklig zu einer Transferstrasse (1) für die Werkstücke angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Zwischenspeicher (25) für die leeren oder vollen Tablare.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageroboter (5) ein Portalroboter mit zwei Greifarmen ist.