DE10131228A1 - Verfahren und Anordnung zur Qualitätssicherung in einer Fertigungsanlage - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Qualitätssicherung in einer Fertigungsanlage

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Abstract

Gezeigt werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Qualitätssicherung für eine Bauteilhalterung und/oder einen darin befindlichen Bauteil (3, 4) in einer Fertigungsanlage, insbesondere zur Anwendung in der Karosseriefertigung und Montage, unter Verwendung eines für die Fertigung eingesetzten Roboters, der zumindest einen beweglichen Arm (1) mit zumindest einer daran angeordneten Messeinrichtung (7) aufweist. Die Messeinrichtung (7) wird unter Verwendung des Roboters als Koordinateneinheit zu einem Referenzpunkt (9) und anschließend zu mindestens einem zu vermessenden Punkt der Bauteilhalterung oder des Bauteils (3, 4) zur Bestimmung von dessen Koordinaten geführt. Dadurch ist es möglich, die Lage eines Bauteils (3, 4) und/oder die Koordinaten der Einrichtungen einer Bauteilhalterung, Auflage, Zentrierung usw. in der Fertigungslinie einfach und hinreichend genau zu bestimmen und einen Soll/Ist-Vergleich der Netzlagenkoordinaten zu dokumentieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Qualitätssicherung für eine Bauteilaufnahme und/oder einen darin befindlichen Bauteil in einer Fertigungsanlage, insbesondere zur Anwendung in der Karosseriefertigung und Montage, unter Verwendung eines für die Fertigung eingesetzten Roboters, Messkoordinatenschlittens, etc. der zumindest einen beweglichen Arm mit zumindest einer daran angeordneten Messeinrichtung aufweist.
In der Fertigung von Bauteilen, insbesondere in der Karosseriefertigung, ist es notwendig, dass sowohl die Bauteile der Karosserie als auch die Bauteilhalterungen, im Besonderen deren Bauteilaufnahmen, Zentrierungen und die Auflagen für die Bauteile, wie z. B. Spanneinrichtungen, zumindest bei Bedarf vermessen werden. Dadurch soll festgestellt werden, ob die Bauteile bzw. die Bauteilhalterungen der geforderten Netzlagen-Geometrie entsprechen.
Derzeit kann dies nur über Messmaschinen geschehen, die außerhalb der Fertigungslinie angeordnet sind, wie Säulenmessmaschinen mit Messtischen oder Portalmessma­ schinen, wodurch Verzögerungen im Produktionsablauf und Wartezeiten und damit zu­ sätzliche Kosten entstehen. Ein schnelles Vermessen der Bauteile sowie der Bauteilauf­ nahmen ist daher in der Fertigungslinie nicht möglich.
Tritt ein Störfall in der Fertigungslinie auf, so ist mit längerem Produktionsausfall zu rechnen, da die Bauteilaufnahmen außerhalb der Fertigungslinie neu vermessen und eingestellt werden müssen. Auch ohne Störfall kann die Wartezeit zur Vermessung eines Bauteils oder einer Bauteilaufnahme bei der externen Messmaschine beträchtlich sein, da in der Karosseriefertigung normalerweise fertige Gesamtfahrzeuge eine höhere Priorität bei der Vermessung besitzen.
Treten Abweichungen bei den Bauteilen bzw. fertigen Endprodukten auf, so können zwar anhand der mit der außerhalb der Fertigungslinie angeordneten Messmaschine gewonnenen Daten, den Messprotokollen, die Abweichungen belegt werden, die Ursache dafür ist jedoch nicht mehr eindeutig festzustellen, da beispielsweise die Einstellungen der Bauteilaufnahmen seit der betreffenden Messung verändert worden sein können und damit eine Fehlerzuordnung nicht mehr möglich ist.
Eine Messung kann natürlich mit einem eigenen transportablen Messsystem durchgeführt werden, das beispielsweise über einen 6-Achsen-Gelenkarm mit Tastern und optischen Digitalisierungssystemen zur Erstellung von CAD-Daten umfasst. Dieses Messsystem weist jedoch den Nachteil auf, dass sein Aufbau einen Produktionsausfall nach sich zieht, speziell geschultes Personal benötigt wird und sich kostenintensiv für den Lieferanten und Auftraggeber auswirkt.
Es sind Verfahren zur Kalibrierung von Robotern, wie die EP 605 050, die FR 2 669 257 oder die US 4 725 965, oder von Messsensoren, wie die US 4 841 460 oder die US 4 864 395, bekannt. Diese Verfahren sind jedoch ungeeignet, um damit die Lage eines Bauteils und/oder die Koordinaten der Einrichtungen einer Bauteilhalterung zu bestimmen.
Die US 5 906 761 zeigt einen Schweißroboter, der einen Arm aufweist, an dem ein CO2- Schweißkopf befestigt ist und eine zusätzliche Messeinrichtung vorgesehen ist, mit dem die exakten Koordinaten der zu schweißenden Kanten am Bauteil selbst bestimmt werden können. Es ist jedoch nicht möglich, die Lage des Bauteils oder der Einrichtungen (Bauteilaufnahmen) der Bauteilhalterungen relativ zu einem gegebenen Koordinatensystem zu bestimmen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglichen, die Lage eines Bauteils und/oder die Koordinaten der Einrichtungen einer Bauteilhalterung, Auflage, Zentrierung usw. in der Fertigungslinie einfach und hinreichend genau zu bestimmen und einen Soll/Ist-Vergleich der Netzlagenkoordinaten zu dokumentieren.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung unter Verwendung des Roboters als Koordinateneinheit zu einem Referenzpunkt und anschließend zu mindestens einem zu vermessenden Punkt der Bauteilhalterung oder des Bauteils zur Bestimmung von dessen Koordinaten geführt wird und zur Qualitätssicherung die Abweichung des vermessenen Punkts von einem Sollwert bestimmt wird.
Neu an dieser Erfindung ist, dass ein bereits in der Fertigungslinie eingesetzter Roboter auch für die Vermessung der Einrichtungen der Bauteilhalterung oder des Bauteils verwendet werden kann, wobei die Möglichkeit der Steuerung des Roboters nach einem vorgegebenen raumfesten Koordinatensystem genützt werden kann. Der Arm des Roboters dient dabei als Positionierungseinrichtung für die Messeinrichtung. Der Referenzpunkt zur Festlegung des Bezugspunktes für das Koordinatensystem des Arms des Roboters ist normalerweise bzw. kann am Grundrahmen der Bauteilaufnahme angebracht werden.
Die Messeinrichtung ist vorzugsweise lösbar mit dem Arm des Roboters bzw. mit einer Schweißzangenpinole verbunden und kann somit über eine mechanische Klemmeinheit einfach auf andere Roboterarme, Schweisszangen, Elektro-Schrauber, Verfahrschlitten usw. transferiert werden.
Falls die Koordinaten des ordnungsgemäßen Bauteiles bzw. der ordnungsgemäßen Bauteilhalterung vorliegen, kann vorgesehen werden, dass die Abweichung des vermessenen Punkts von einem Sollwert bestimmt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Sollwerte aus CAD-Daten bestehen. Da die gewünschte Form der Bauteile bzw. der Bauteilhalterung zumeist als CAD-Daten vorliegen, können diese leicht mit den von der Messeinrichtung erfassten Messwerten verglichen werden, um etwaige Abweichungen zu bestimmen.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Messeinrichtung und die Robotersteuerung mit einer mobilen Steuereinrichtung verbunden sind. Diese dient unter Verwendung des Arms des Roboters als Positionierungseinrichtung zum Hinführen der Messeinrichtung an den Messpunkt. Die mobile Steuereinheit kann auch so ausgebildet sein, dass mehrere Messeinrichtungen gleichzeitig angeschlossen werden können.
Das Merkmal, dass die Messung nach einem Messprogramm durchgeführt wird, ermöglicht es, das Messprogramm für gleiche Bauteile bzw. Bauteilaufnahmen zu einem gewissen Grad zu automatisieren. Das Messprogramm wird zweckmäßigerweise auf der gegebenenfalls vorhandenen mobilen Steuereinrichtung ablaufen und über ein Interface mit dem Roboterprogramm gekoppelt sein.
Vorteilhaft ist, wenn das Messprogramm veränderbar ist. Dadurch kann ein Messprogramm einfach abgewandelt werden, wenn sich etwa die Bauteildimensionen ändern.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Messeinrichtung ein Messtaster ist. Weitere Ausführungsvarianten sehen vor, dass die Messeinrichtung eine Laserdiode ist. Alternativ kann die Messeinrichtung auch eine isolierte Messelektrodenkappe umfassen, die an der oberen oder unteren Zangenpinole der Schweißzange befestigt wird.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung einsetzbar, wenn der Roboter ein Schweißroboter, Montageroboter oder Koodinatenschlitten ist oder eine Schraubspindel umfasst.
Es kann auch vorgesehen werden, dass eine Toleranzen-Abweichung des Arms des Roboters unter Last oder eine Änderung von Toleranzen bei Bauteilen oder Bauteilhalterungen kompensiert werden. Vorteilhafterweise geschieht dies über ein Software-Programm, das mit Hilfe der Daten der Robotersteuerung die realen netzbezogenen Messwerte (CAD-Daten) bestimmt und etwa über ein geeignetes Interface ausgibt.
Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens kann so ausgebildet sein, dass die Mess­ einrichtung bezüglich des Arms in drei Raumachsen (X, Y, Z) beweglich einstellbar ist.
Die Erfindung wird anhand der schematischen Fig. 1 und 2 beispielhaft erläutert.
Fig. 1 zeigt den Grundkörper einer Schweißzange mit einem Messtaster.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Schweißroboters und einer Bauteilhalterung.
Die Fig. 1 zeigt den Grundkörper einer Schweißzange, der an einem Schweißroboter 1 angeflanscht ist, die Schweißzange bestehend u. a. aus den beiden Schweißpinolen 2a und 2b. Damit sollen die beiden Bleche 3 und 4 verschweißt werden. Auf der Schweißpinole 2b ist eine Klemmvorrichtung 5 lösbar (klemmbar) angebracht, die ein um den Drehpunkt 6 drehbares Gelenk aufweist, wobei der Messtaster in Längsrichtung verschiebbar verstellt und geklemmt werden kann. Die Klemmvorrichtung ist so konzipiert, dass sie an jede Schweißpinole angeflanscht werden kann. Am Drehgelenk 6 wird der Messtaster montiert. Daten zum und vom Messtaster 7 können mittels Datenleitung 8 übertragen werden. Der Messtaster wird manuell zwischen den beiden oder neben den Schweißpinolen fest eingestellt. Die Einstellung erfolgt so, dass auf jedem Fall die gewünschten Messpunkte mit dem Messtaster zumindest in einer Raumachse angefahren werden können.
Um den Bezugspunkt für das Koordinatensystem festzulegen, wird mit dem Messtaster der Referenzpunkt 9 angefahren, der netzgenau, fest an der Bauteilhalterung 10 angebracht ist.
Für die Messung muss der Schweißvorgang unterbrochen werden. Der Messtaster 7 wird mittels des Drehgelenkes an einer Schweißpinole 2b befestigt, z. B. geklemmt, und mittels digitaler Datenleitung 8 und über ein entsprechendes Interface 19 mit einer mobilen Steuereinheit verbunden. Diese umfasst etwa einen PC mit Drucker sowie einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und gliedert sich in eine Auswerteeinheit 21 und eine Einheit 22 für den Soll/Ist-Vergleich. Die mobile Steuereinheit wiederum wird ebenfalls mit der Steuereinheit 20 des Schweißroboters verbunden.
Mit dem Roboter bzw. mit dem Messtaster 7 wird der Referenzpunkt 9 in den drei Raumebenen (X, Y, Z) angefahren. Über das vorhandene Schweißprogramm des Roboters wird ein Abgleich der Netzkoordinaten automatisch durchgeführt. Nach diesem Abgleich können an der mobilen Steuereinheit neue Netzkoordinaten eingegeben werden, z. B. kritische Schweißpunktflansche, die vom Messtaster angefahren und vermessen werden sollen. Dieser Vorgang kann in einem Messprogramm einmal festgelegt werden und in Form eines Master-Messplans für alle nachfolgenden Messungen verwendet werden.
Dabei ist vorgesehen, dass der Messtaster durch das Programm bis auf einen vorher bestimmten Abstand zum Soll-Netzpunkt herangeführt wird, etwa bis auf 5 bis 10 mm, und anschließend manuell durch den Programmierer zum tatsächlichen Punkt des Bauteils bzw. der Bauteilhalterung geführt wird. Dadurch wird einerseits der wahre Ort des interessierenden Punkts gefunden und andererseits kann anhand der vorliegenden CAD- Daten des Bauteils bzw. der Bauteilhalterung angegeben werden, um wieviel die tatsächliche Lage des Punkts vom Sollwert gemäß CAD-Daten abweicht.
Die Messung kann von einem in der Fertigungslinie zumeist anwesenden Programmierer, der auch die Programmierung der Roboter durchführt, vorgenommen werden. Es werden keine Fachleute auf dem Gebiet der Messtechnik für die Messung benötigt.
Fig. 2 zeigt einen Schweißroboter 11 zur Bearbeitung von an der Bauteilhalterung 10 befestigten Bauteilen. An der plattenförmigen Bauteilhalterung 10 sind mehrere Bauteilaufnahmen 13 angeordnet, welche die Position der zu bearbeitenden Bauteile festlegen. Der Schweißroboter 11 weist einen Roboterarm mit zwei fest verbundenen Armen 1a, 1b auf, an denen jeweils eine Schweißpinole 2a, 2b angeordnet ist. Der Messtaster 7 ist am Teilarm 1b verdrehbar befestigt. Der Roboterarm 1a, 1b ist über die Drehverbindungen 14 und 15 in allen drei Raumrichtungen positionierbar. Weitere Einstellmöglichkeiten ergeben sich durch die Verbindungen zwischen den weiteren Armen 16, 17 und den Sockel 18 des Roboters 11.
Mit Hilfe der Erfindung können neben den Bauteilen als solchen auch Punktflansche, Aufnahmebohrungen oder Funktionsmaße in allen drei Raumrichtungen entsprechend den CAD-Zeichnungsdaten vermessen und ein Soll/Ist-Vergleich gefahren werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur Qualitätssicherung für eine Bauteilhalterung und/oder einen darin be­ findlichen Bauteil (3, 4) in einer Fertigungsanlage, insbesondere zur Anwendung in der Karosseriefertigung und Montage, unter Verwendung eines für die Fertigung eingesetzten Roboters, der zumindest einen beweglichen Arm (1) mit zumindest einer daran angeordneten Messeinrichtung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) unter Verwendung des Roboters als Koordinateneinheit zu einem Referenzpunkt (9) und anschließend zu mindestens einem zu vermessenden Punkt der Bauteilhalterung oder des Bauteils (3, 4) zur Bestimmung von dessen Koordinaten geführt wird und zur Qualitätssicherung die Abweichung des vermessenen Punkts von einem Sollwert bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte aus CAD- Daten bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Messeinrichtung (7) und die Robotersteuerung mit einer mobilen Steuereinrichtung verbunden sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung nach einem Messprogramm durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung ein Messtaster (7) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Laserdiode ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine isolierte Messelektrodenkappe umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter ein Schweißroboter, Montageroboter oder Koordinatenschlitten ist oder eine Schraubspindel umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Toleranzen-Abweichung des Arms (1) des Roboters unter Last oder eine Änderung von Toleranzen bei Bauteilen (3, 4) oder Bauteilhalterungen kompensiert werden.
10. Anordnung zur Qualitätssicherung für eine Bauteilhalterung und/oder einen darin befindlichen Bauteil (3, 4) in einer Fertigungsanlage, insbesondere zur Anwendung in der Karosseriefertigung und Montage, umfassend einen für die Fertigung eingesetzten Roboter, der zumindest einen beweglichen Arm (1) mit zumindest einer daran angeordneten Messeinrichtung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) unter Verwendung des Roboters als Koordinateneinheit zu einem Referenzpunkt sowie zu mindestens einem zu vermessenden Punkt der Bauteilhalterung oder des Bauteils zur Bestimmung von dessen Koordinaten führbar ist und eine Einrichtung zur Bestimmung der Abweichung des zu vermessenden Punkts von einem Sollwert vorgesehen ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte aus CAD-Daten bestehen.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Messeinrichtung (7) und die Robotersteuerung mit einer mobilen Steuereinrichtung, die insbesondere auch ein Interface umfasst, verbunden sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung ein Messprogramm abrufbar ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung ein Messtaster (7) ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Laserdiode ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine isolierte Messelektrodenkappe umfasst.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter ein Schweißroboter, Montageroboter oder Koordinatenschlitten ist oder eine Schraubspindel umfasst.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Kompensation der Toleranzen-Abweichung des Arms des Roboters unter Last oder eine Änderung von Toleranzen bei Bauteilen oder Bauteilhalterungen vorgesehen ist.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) bezüglich des Arms (1) in drei Raumebenen (X, Y, X) einstellbar und in Längsrichtung verstellbar ist.
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