DE102004057814A1 - Verfahren zum Steuern der Stellung von Werkstück und Werkzeug mit einem Roboter in einer Bearbeitungsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Stellung von Werkstück und Werkzeug mit einem Roboter in einer Bearbeitungsmaschine. Aufgabe der Erfindung ist es, beim Bearbeiten oder Messen eines Werkstückes mit Hilfe eines Roboters unproduktive Nebenzeit zu verringern. Die Erfindung besteht darin, dass bei einem Verfahren zum Steuern der Stellung von Werkstück und Werkzeug mit einem Roboter in einer Bearbeitungsmaschine, bei dem das Werkstück relativ zum Werkzeug positioniert wird, während einer kontinuierlichen Bewegung des Werkstückes (10) mit dem Werkzeug (1, 2) an einem Bearbeitungsort des Werkstückes (10) ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, wobei das Werkzeug (1, 2) während des Bearbeitens synchron mit dem Werkstück (10) bewegt wird und während der kontinuierlichen Fortbewegung des Werkstückes (10) das Werkzeug (1, 2) zu einem weiteren Bearbeitungsort positioniert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Stellung von Werkstück und Werkzeug mit einem Roboter in einer Bearbeitungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• In der DE 101 25 445 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Roboters beschrieben, bei dem geringere Taktzeiten dadurch erreicht werden, dass eine Begrenzung maximaler Achsgeschwindigkeiten nur in den Zuständen erfolgt, in denen tatsächlich eine zu hohe kinetische Energie auftreten würde. Damit kann ein an einer Roboterhand getragenes Werkstück schneller in eine Bearbeitungsposition gebracht werden.
• Aus der DE 102 29 293 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Orientierung einer Roboter-Verfahrachse gegenüber einem Roboter-Koordinatensystem bekannt, bei dem der Zeitaufwand verringert wird, indem mit einem außerhalb des Roboters angeordneten Koordinaten-Meßgerät die Koordinaten von Referenzpunkten an zwei verschiedenen Verfahrpositionen des Roboters aufgenommen und verarbeitet werden.
• Bei der Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine, nach der DE 199 30 287 A1 wird die Mobilität der gesamten Anlage optimiert, indem ein Werkzeug von zwei gegenüberliegenden Gelenkarmen getragen und bei eingeschränkter Bewegungsfreiheit in Echtzeit bezüglich eines Werkstückes positioniert wird. Wenn das Werkzeug zwischen den Gelenkarmen verfährt, werden die Kräfte mit günstigem Hebel jeweils mehr auf dem nahegelegenen Gelenkarm getragen als auf dem entfernten, so dass die für die Genauigkeit und Belastbarkeit ungünstige ganz ausgelenkte Stellung einer einfachen Roboter-Gelenkarm-Konstruktion bei dieser doppelten Gelenkarmausführung so jeweils durch den gegenüberliegenden Gelenkarm ausgeglichen wird. Durch die eingeschränkte Bewegungsfreiheit ist die Maschine nur beschränkt für dreidimensionale Bearbeitungsvorgänge anwendbar.
• Bei den bekannten Bearbeitungsverfahren, bei denen ein Werkzeug oder ein Werkstück mittels eines Roboters positioniert wird, dauert der Positioniervorgang länger als der eigentliche Bearbeitungsvorgang. Bei robotergestützten Fügeverfahren, wie Punktschweißen, Clinchen oder Stanznieten, beträgt die Positionierzeit typisch 1s bis 1,5s während der Fügevorgang bereits nach 0,2s bis 0,8s abgeschlossen ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, beim Bearbeiten oder Messen eines Werkstückes mit Hilfe eines Roboters unproduktive Nebenzeit zu verringern.
• Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Bei der Durchführung eines Bearbeitungsvorganges in der laufenden Roboterbewegung mit dem Werkstück bzw. mit dem Werkzeug in einem Robotergreifer bzw. an einem Arbeitskopf und durch ein außerhalb des Roboters mitbewegtes Werkzeug bzw. Werkstück werden zeitaufwändige Start-Stop-Bewegungen des Roboters vermieden. Dies führt zu einer gewünschten Reduktion der Nebenzeiten. Hierzu wird eine Steuerung verwendet, bei der die Bewegungen von Werkstück und Werkzeug, sowie die Bearbeitungsvorgänge am Werkstück aufeinander abgestimmt sind. Wenn das Werkstück mit einem Roboter und das Werkzeug mit einem roboterexternen Linearantrieb positioniert werden, dann führt das Werkzeug im Vergleich zur Roboterbewegung eine schnelle Rückpositionierung auf einen nächsten Bearbeitungsort aus.
• Die Erfindung ermöglicht eine deutliche Beschleunigung von konventionellen Fügevorgängen zwischen zwei Werkstücken. Z.B. kann beim Clinchen eine Steigerung von einem Fügepunkt pro Sekunde auf zwei bis drei Fügepunkte pro Sekunde erreicht werden. Beim Rohbau von Karosserien und Fahrzeugteilen entstehen durch die schnelleren Prozessabläufe Kostenvorteile, weil insgesamt weniger Arbeitszellen zum Fügen vorgesehen werden müssen.
• Beim Bearbeiten von größeren Werkstücken kann das Verfahren mit kooperierenden Robotern durchgeführt werden. Bearbeiten im Sinne der Erfindung sind alle die Form oder die Abmessungen eines Werkstückes verändernden Arbeitsschritte, sowie Fügeverfahren zweier oder mehrere Werkstücke, sowie Abarbeiten von Messvorgängen an einem Werkstück oder einer Baugruppe. Beim Abarbeiten von Messvorgängen ist das Werkstück oder die Baugruppe das Messobjekt und das Werkzeug ein Messmittel.
• Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen:
• 1 Eine Vorrichtung zum Clinchen in Draufsicht,
• 2 die Vorrichtung nach 1 in Seitenansicht, und
• 3 Weg-Zeit-Diagramme für die Bewegung eines Werkstückes und eines Werkzeuges.
• Entsprechend 1 und 2 enthält die Vorrichtung zum Clinchen einen Stempel 1 und eine Matrize 2, die gegenüberliegend an einem Schlitten 3 befestigt sind. Der Schlitten 3 ist in horizontaler Richtung y mittels eines Motors 4, Getriebeelementen 5 und Führungselementen 6 entsprechend den Vorgaben einer Steuerung 7 in einem Gestell 8 positionierbar. Stempel 1 und Matrize 2 können mit einem weiteren Antrieb in vertikaler Richtung z aufeinander zu bewegt werden. Seitlich neben der Vorrichtung zum Clinchen ist ein Roboter 9 zum Zuführen einer PKW-Tür 10 angeordnet. Der Roboter 9 ist ebenfalls mit der Steuerung 7 verbunden. An der PKW-Tür 10 soll ein Blechteil durch Clinchen gefügt werden. Die PKW-Tür 10 mit dem Blechteil ist an einer Halterung 11 befestigt. Die Halterung 11 ist an einem Arm 12 des Roboters 9 montiert.
• Anhand 3 soll die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden.
• 3.1 zeigt Weg-Zeit-Diagramme 13, 14 für die Bewegung des Stempels 1 in Richtung z und der PKW-Tür 10 in Richtung y nach dem Stand der Technik. Die Bewegungen 13 des Stempels 1 zum Clinchen und die Bewegungen 14 der PKW-Tür 10 mit Hilfe des Roboters 9 laufen zeitlich nacheinander ab. Der Roboter 9 steht während dem Clinchen an der PKW-Tür 10 still. Stempel 1 und Matrize 2 stehen in der x-y-Ebene unverändert am gleichen Ort. Die Positionierzeit 15 der PKW-Tür 10 mit dem Roboter 9 von Clinch-Punkt zu Clinch-Punkt ist etwa dreimal so lang wie die Zeitdauer 16 zum Clinchen. Der Roboter 9 führt mit der PKW-Tür 10 Start-Stop-Bewegungen 14 aus. Diese Art der Positionierung der PKW-Tür 10 ist zeitaufwändig und ungenau.
• 3.2 zeigt Weg-Zeit-Diagramme 13, 17 für die Bewegung des Stempels 1 in Richtung z und des Stempels 1 und der Matrize 2 in Richtung y nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Roboter 9 führt die PKW-Tür 10 kontinuierlich mit annähernd gleichförmiger Geschwindigkeit am Ort des Clinchens vorbei. Während dem Clinchen 13 wird das Paar aus Stempel 1 und Matrize 2 in Richtung +y in den Führungselementen 6 mit gleicher Geschwindigkeit und um den gleichen Weg wie die PKW-Tür 10 mitbewegt. Der Clinch-Vorgang wird in Bezug auf die PKW-Tür 10 in relativem Ruhezustand vollzogen. Unmittelbar nach dem Setzen eines Clinch-Punktes wird das von der PKW-Tür 10 außer Eingriff gebrachte Paar aus Stempel 1 und Matrize 2 rasch für den nächsten Clinch-Vorgang mittels des Motors 6 und den Getriebeelementen 5 in Richtung –y während der Zeitdauer 18 zurückgezogen, während die PKW-Tür 10 kontinuierlich mit dem Roboter 9 weiter bewegt wird.
• Durch das Clinchen in der laufenden Bewegung der PKW-Tür 10 und des Paares aus Stempel 1 und Matrize 2 wird unproduktive Nebenzeit reduziert. Bei den in den 3.1 und 3.2 dargestellten vier Clinch-Vorgängen ergibt sich eine Verminderung des Fügeprozesses um die Zeitdauer 19.

1

Stempel

2

Matrize

3

Schlitten

4

Motor

5

Getriebeelement

6

Führungselement

7

Steuerung

8

Gestell

9

Roboter

10

PKW-Tür

11

Halterung

12

Arm

13, 14

Bewegung

15

Positionierzeit

16

Zeitdauer

17

Bewegung

18, 19

Zeitdauer

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern der Stellung von Werkstück und Werkzeug mit einem Roboter in einer Bearbeitungsmaschine, bei dem das Werkstück relativ zum Werkzeug positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer kontinuierlichen Bewegung des Werkstückes (10) mit dem Werkzeug (1, 2) an einem Bearbeitungsort des Werkstückes (10) ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, wobei das Werkzeug (1, 2) während dem Bearbeiten synchron mit dem Werkstück (10) bewegt wird, und dass während der kontinuierlichen Fortbewegung des Werkstückes (10) das Werkzeug (1, 2) zu einem weiteren Bearbeitungsort positioniert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10) am Arm (12) des Roboters (9) bewegt wird, und dass das Werkzeug (1, 2) mit einem separaten Antrieb (4, 5) geradlinig hin- und hergehend bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwei Werkstücke (10) zusammen bewegt und mit dem Werkzeug (1, 2) gefügt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10) und das Werkzeug (1, 2) von verschiedenen Robotern positioniert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während dem Bearbeiten Werkstück (10) und Werkzeug (1, 2) mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt werden.