DE102007009783A1

DE102007009783A1 - Verfahren zum Montieren und/oder Demontieren von Bauteilen an bzw. von Fahrzeugkomponenten

Info

Publication number: DE102007009783A1
Application number: DE102007009783A
Authority: DE
Inventors: Robert Lehner; Christian Dipl.-Ing. Ruhland
Original assignee: Symax Systemtechnik Sondermaschinenbau GmbH
Current assignee: Symax Systemtechnik Sondermaschinenbau GmbH
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-07-10
Also published as: WO2008080384A2; WO2008080384A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Montieren von Bauteilen an Fahrzeugkomponenten unter Verwendung wenigstens eines programmgesteuerten Manipulators, mit dem die Bauteile jeweils an einer Bauteilaufgabe entnommen und innerhalb eines geschützten Bereichs oder Raumes an die jeweilige in diesem Raum befindliche und auf einer Montagelinie angeordnete Fahrzeugkomponente bewegt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 14.
Unter „Fahrzeugkomponenten" sind im Sinne der Erfindung die unterschiedlichsten Komponenten von Fahrzeugen, insbesondere auch von Pkws zu verstehen, beispielsweise Fahrzeugkarosserien, an bzw. in denen weitere Baugruppen oder Bauteile montiert werden oder von denen Bauteile während der Produktion wieder demontiert werden, wie z. B. die während des Lackierens an der rohen Fahrzeugkarosserie vorgesehenen Türelemente, die nach dem Lackieren von der jeweiligen Fahrzeugkarosserie demontiert und auf einer eigenständigen Montagestrecke oder -linie mit den notwendigen Komponenten, wie Glasscheibe, Türheber, Türinnenverkleidung, Außenspiegel usw. montiert und erst nach dieser Montage wieder mit der zugehörigen Fahrzeugkarosserie verbunden werden.
„Bauteile" im Sinne der Erfindung sind unterschiedlichste Bauteile, Baugruppen oder Komponenten, die bei der Produktion von Fahrzeugen an oder in Fahrzeugkomponenten montiert werden, wie z. B. Fahrzeugtüren, Elemente der Innenausstattung eines Fahrzeugs, z. B. Konsolen, Fahrzeugsitze, Antriebselemente, Hilfsantriebe usw.
„Manipulatoren" im Sinne der Erfindung sind ganz allgemein motorisch angetriebene oder bewegte Vorrichtungen oder Transporteinrichtungen, mit denen Bauelemente oder Bauteile beim Montieren und/oder Demontieren maschinell bzw. durch Steuerung mit einem programmgesteuerten Bewegungsablauf bewegt werden können. Manipulatoren in diesem Sinne sind insbesondere auch Roboter.
Unter „geschützter Raum" oder „geschützter Bereich" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere derjenige Raum oder Bereich zu verstehen, in dem sich der Manipulator, beispielsweise der Roboter oder Roboterarm, beim Holen des jeweiligen einzubauenden Bauteils von einer Bauteilaufgabe oder aber umgekehrt beim Ablegen des jeweiligen ausgebauten Bauteils an einer Bauteilabgabe in einem vollautomatischen Betrieb bewegt, wobei diese Bewegung auch Schwenk- und Drehbewegungen um eine oder mehrere Achsen über jeweils einen größeren Winkelbereich aufweisen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem es bei reduziertem fertigungstechnischen Aufwand möglich ist, gefahrlos und insbesondere auch zeitsparend Bauteile an Fahrzeugkomponenten zu montieren bzw. von Fahrzeugkomponenten zu demontieren. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 oder 14 ausgebildet. Eine Anschlusseinheit ist Gegenstand des Patentanspruchs 32.
Für die Montage von Bauteilen an Fahrzeugkomponenten wird das jeweilige Bauteil von dem Manipulator an einer Bauteilaufgabe entnommen und in dem geschützten Raum an die jeweilige einer Montagelinie angeordnete Fahrzeugkomponente heranbewegt bzw. in eine Bereitstellungsposition an der Fahrzeugkomponente bewegt und in dieser Bereitstellungsposition gehalten. Durch Mitbewegen des an dem Manipulator gehaltenen Bauteils mit der Fahrzeugkomponente unter Aufrechterhaltung der Positionierung des Bauteils relativ zur Fahrzeugkomponente werden letztere und das jeweilige Bauteil aus dem geschützten Raum herausbewegt, sodass dann nach der Positionierung des Bauteils der exakten Montageposition durch manuelle Steuerung des Manipulators die Montage des Bauteils an der Fahrzeugkomponente außerhalb des geschützten Raumes erfolgen kann.
Das Positionieren durch manuelles Ansteuern des Manipulators erfolgt dabei bevorzugt ebenfalls dann, wenn sich die Fahrzeugkomponente und das mit dieser mitbewegte Bauteil außerhalb des geschützten Raumes befinden.
Die Bewegungsabläufe des Manipulators sind beim Heranführen des jeweiligen Bauteils so gewählt, dass für die manuell gesteuerte Bewegung des jeweiligen Bauteils aus der Bereitstellungsposition in die exakte Montageposition nur noch kurze Wege und ein möglichst einfacher Bewegungsablauf erforderlich sind, die manuelle Positionierung und anschließende Montage von einer Person (Werker) also ohne großen Zeitaufwand durchgeführt werden können und somit innerhalb der jeweiligen Montage- oder Fertigungs-Taktzeit eine genügende Nebenzeit für weitere Montageschritte verbleibt.
Bis zu seiner endgültigen Montage an der Fahrzeugkomponente ist das jeweilige Bauteil am Manipulator gehalten. Dieser bewegt sich nach der Montage bevorzugt ebenfalls manuell gesteuert z. B. von der die Montage durchführende Person zurück in den geschützten Raum, in dem sich der Manipulator dann gegebenenfalls unter Schwenken oder Drehen an die Bauteileaufgabe zum Greifen eines weiteren Bauteils bewegt.
Für das Greifen bzw. Fassen der Bauteile ist beim erfindungsgemäßen Verfahren keine erhöhte Genauigkeit erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet einen hohen technischen Aufwand, wie z. B. Sonsor- oder Kameraeinrichtungen, die für eine vollständige maschinelle Positionierung der Bauteile in der exakten Montageposition erforderlich wären.
Die Demontage von Bauteilen von einer Fahrzeugkomponente erfolgt in analoger Weise dadurch, dass das mit dem Manipulator gegriffene und gehaltene Bauteil außerhalb des geschützten Raumes beispielsweise manuell von der Fahrzeugkomponente gelöst, dann durch Mitführen mit der auf der Montagelinie bewegten Fahrzeugkomponente mit dem Manipulator in den geschützten Raum hineinbewegt und dort an eine Bauteilablage transportiert wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Montagestation gemäß der Erfindung an einer Montagelinie zum Montieren von Fahrzeugtüren, und zwar in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen;
2 in schematischer Darstellung zwei Fahrzeugtürscharnierelemente in einer Bereitstellungsposition vor der endgültigen Montage bzw. vor der Verbindung;
3 in schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Montagestation gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung an einer Montagelinie zum Montieren von Fahrzeugtüren;
4 u. 5 die Montagestation in Seitenansicht sowie in Stirnansicht;
6 u. 7 in schematischer Darstellung ein Verbindungselement zum Verbinden von Funktionselementen, in einem fixierten bzw. blockierten Zustand (6) bzw. in einem schwimmenden Zustand (7).
In den Figuren ist 1 eine Fahrzeugkarosserie eines Pkws, welche auf einer in der 1 mit der unterbrochenen Linie angedeuteten Montagelinie 2 in Richtung des Pfeils A bewegt wird. Die Montagelinie 2 kann in unterschiedlichster Weise realisiert sein, beispielsweise in Form von fahrzeugartigen, in Transportrichtung A bewegten Montage- oder Systemträgern, in Form von an Führungsschienen geführte Gehängen usw.
An einer an der Montagelinie 2 vorgesehenen Montagestation 3 erfolgt das Montieren der beispielsweise mit ihren Funktionselementen, wie Fensterscheibe, Fensterheber, Innenverkleidung, Außenspiegel usw. vormontierten Fahrzeugtüren 4 an den an dieser Montagestation 3 vorbeibewegten, bereits fertig lackierten Fahrzeugkarosserien 1, und zwar halbautomatisch unter Verwendung eines Roboters 5 in der nachstehend beschriebenen Weise.
An dem beispielsweise um sechs Achsen bewegbaren bzw. steuerbaren Roboterarm 6 ist eine Greifereinheit 7 vorgesehen, mit der die jeweilige Fahrzeugtür 4 von einer Bauteilaufgabe 8 entnommen und dann unter Schwenken des Roboterarmes bzw. der die Fahrzeugtür 4 tragenden Greifereinheit 7 an die Fahrzeugkarosserie 1 heranbewegt wird, sodass die jeweilige Fahrzeugtür 4 schließlich mit ihren Türgelenkelementen 9 an den Türgelenkelementen 10 der Fahrzeugkarosserie 1 unter Verwendung von Gelenkbolzen 11 befestigt werden kann, wie dies auch in der 2 schematisch mit dem Pfeil B dargestellt ist.
Die Greifereinheit 7 ist beispielsweise als Vakuumgreifereinheit ausgebildet, die mit der an der jeweiligen Fahrzeugtür 4 bereits montierten Scheibe zusammenwirkt, d. h. die Fahrzeugtür 4 an der Bauteilaufgabe 8 mit wenigstens einem Vakuumsauger an der Scheibe fasst und bis zu ihrer endgültigen Montage an dieser Scheibe hält. Zur Steuerung des Roboters 5 ist eine Robotersteuerung 12 vorgesehen. Die Steuerung der Bewegung der Montagelinie 2 erfolgt durch die Montageliniensteuerung 13.
Eine Besonderheit der Montagestation 3 bzw. des mit dieser Station durchgeführten Verfahrens besteht nun darin, dass das Greifen der jeweiligen, an der Bauteilaufgabe 8 bereitstehenden Fahrzeugtür 4 und das Heranführen der Fahrzeugtür 4 in die ungefähre Montageposition, d. h. in eine Bereitstellungsposition an der Fahrzeugkarosserie durch einen programmgesteuerten Bewegungsablauf auch unter Schwenken des Roboterarmes 6 innerhalb eines geschützten Raumes erfolgt, in der 1 durch die unterbrochene Linie 14 angedeutet ist. Dieser geschützte Raum 14, durch den auch die Montagelinie 2 hindurchreicht, ist beispielsweise Innenraum einer von Schutzgittern und/oder -wänden gebildeten Einhausung oder aber ein beispielsweise von einer Bodenmarkierung usw. optisch gekennzeichneter Raum oder Bereich, der von wenigstens einem Sensor, beispielsweise Flächenscanner überwacht wird. Dieser bewirkt ein Stillsitzen sowohl der Montagelinie 2 als auch des Roboters 5 dann, wenn sich eine Person im geschützten Raum 14 befindet oder sich in diesen hineinbewegt.
Das Entnehmen der jeweiligen Fahrzeugtür 4 an der Bauteilaufgabe 8 und das Heranführen der Fahrzeugtür an die Fahrzeugkarosserie 1 in die Bereitstellungsposition, in der die Fahrzeugtür 4 mit ihren Türgelenkelementen 9 den Türgelenkelementen 10 der Fahrzeugkarosserie unmittelbar benachbart ist und seitlich schräg von der Fahrzeugkarosserie entsprechend einer teilweise geöffneten Türstellung wegsteht, erfolgt bei kontinuierlich auf der Montagelinie 2 in Förderrichtung A bewegter Fahrzeugkarosserie 1. Aus diesem Grunde wird der Roboter 5 zur Aufrechterhaltung der Bereitstellungsposition bzw. der Position der Fahrzeugtür 4 relativ zur Fahrzeugkarosserie 1 zumindest nach dem Heranführen der Fahrzeugtür 4 mit der Fahrzeugkarosserie 1 in einer sogenannten siebten Achse 15 horizontal und parallel zum Verlauf der Montagelinie 2 synchron mit der Fahrzeugkarosserie 1 mitbewegt, wie dies in den Figuren mit dem Pfeil A' angedeutet ist. Die Situation unmittelbar nach dem Heranführen der Fahrzeugtür 4 an die Fahrzeugkarosserie 1 ist in der 1 links unter I dargestellt.
Die Bewegung des Roboters 5 in der Achse 15 erfolgt nicht nur synchron mit der Bewegung der Montagelinie 2 bzw. der Fahrzeugkarosserie 1 auf dieser Montagelinie, sondern ist auch durch die Bewegung der Montagelinie 2 gesteuert, d. h. z. B. durch die Steuereinrichtung 13, sodass dann, wenn in Folge einer Störung die Bewegung der Montagelinie 2 gestoppt wird, auch die Bewegung des Roboters 5 in der Achse 15 gestoppt wird, und zwar unter Beibehaltung der Position der jeweiligen Fahrzeugtür 4 relativ zur Fahrzeugkarosserie 1. Weiterhin sind die beiden Steuerungen 12 und 13 auch so miteinander verknüpft, dass bei einer Störung des Roboters 5 die Montagelinie 2 angehalten wird.
Die Synchronisation der Bewegung des Roboters 5 in der Achse 15 kann auch rein mechanisch erfolgen, und zwar beispielsweise durch Ankopplung des Roboters 5 an ein die jeweilige Fahrzeugkarosserie 1 tragendes und entlang der Montagelinie 2 in Transportrichtung A bewegendes Trag- oder Transportelement, beispielsweise Tragbügel.
Durch die Bewegung der Montagelinie 2 und des in der Achse 15 mitgeführten Roboters 5 werden die Fahrzeugkarosserie 1 und die an diese Fahrzeugkarosserie herangeführte und am Roboter 5 in der Bereitstellungsposition gehaltene Fahrzeugtür 4 schließlich aus dem geschützten Bereich 14 herausbewegt, wie dies in der 1 rechts unter II dargestellt ist. Mit Hilfe einer vorzugsweise am Roboterarm 6 beispielsweise in der Nähe der Greifereinheit 7 oder aber an dieser Greifereinheit vorgesehenen Steuereinrichtung 16 wird dann von einer Person (Werker), die sich an der Montagelinie 2 außerhalb des geschützten Bereichs 14 aufhält, die Fahrzeugtür 4 durch manuelle Steuerung des Roboter 5 in die genaue Montageposition bewegt (Pfeil B der 2), in der die Türgelenke und damit die jeweilige Fahrzeugtür 4 durch Einsetzen des Gelenkbolzens 11 in die Türgelenkelemente 9 und 10 montiert werden. Das Steuergerät 16, welches beispielsweise ein Joystick ist, ermöglicht die für das Überführen der jeweiligen Fahrzeugtür 4 aus der Bereitstellungsposition in die exakte Montageposition notwendigen Bewegungen. Für diese sind jeweils kleine Wege erforderlich, und zwar insbesondere dann, wenn die jeweilige Fahrzeugtür 4 bereits robotergesteuert, d. h. durch das in der Steuereinrichtung 12 abgelegte Programm für die selbsttätige Roboterbewegung, relativ genau an der Fahrzeugkarosserie 1 in der Bereitstellungsposition positioniert wurde.
Nach der Montage der Fahrzeugtür 1 wird der Roboter 5 ohne Schwenken des Roboterarmes 6 in den geschützten Bereich 14 zurückbewegt, in dem sich der Roboterarm 6 zum Greifen einer weiteren Fahrzeugtür 4 auch unter Schwenken an die Bauteilaufgabe 8 bewegt. Zumindest das Einleiten des Zurückbewegens des Roboters 5 in den geschützten Bereich 14 erfolgt bei der dargestellten Ausführungsform ebenfalls durch eine manuelle Eingabe des Werkers am Steuergerät 16.
Die Montagestation 3 und das mit dieser Station durchgeführte Verfahren haben erhebliche Vorteile. So ist für die Entnahme der jeweiligen Fahrzeugtür 4 an der Bauteilaufgabe 8 keine hohe Genauigkeit erforderlich. Die Fahrzeugtür wird innerhalb des geschützten Bereichs 14 an die Fahrzeugkarosserie 1 heranbewegt. Für die Entnahme der jeweiligen Fahrzeugtür 4 an der Bauteilaufgabe 8 und/oder für das Heranführen der Fahrzeugtür 4 an die Fahrzeugkarosserie 1 notwendige Schwenkbewegungen des Roboters 5 bzw. des Roboterarmes 6 erfolgen ausschließlich innerhalb des geschützten Bereichs 14, sodass es nicht zu Unfällen kommen kann. Am Roboter 5 bzw. am Roboterarm 6 gehalten wird die Fahrzeugtür 4 zusammen mit der Fahrzeugkarosserie 1 unter Beibehaltung der Relativposition und ohne Relativbewegung zwischen Fahrzeugkarosserie 1 und Fahrzeugtür 4 aus dem geschützten Bereich 14 herausbewegt. Ein außerhalb des Bereichs 14 befindlicher Werker kann manuell ohne großen Zeitaufwand mit dem Steuergerät 16 die Fahrzeugtür 4 exakt positionieren und anschließend montieren, wobei noch ausreichend Nebenzeit für andere Tätigkeiten verbleibt, beispielsweise zum Herstellen der Verbindung zwischen elektrischen Leitungen, die in der Fahrzeugtür 4 vormontiert sind, mit entsprechenden Leitungen an der Fahrzeugkarosserie über Mehrfachsteckerverbindungen.
Die 3–5 zeigen eine Montagestation 3a an einer Montagelinie 2a für Pkws. Mit Hilfe eines in den 3–5 allgemein mit 17 bezeichneten Transportsystems werden die Fahrzeuge bzw. Fahrzeugkarosserien 1 wiederum in Richtung des Pfeils A entlang der Montagelinie 2a bewegt. Das Transportsystem 17 ist bei dieser Ausführungsform z. B. für einen hängenden Transport der Fahrzeugkarosserien 1 ausgebildet.
Die Montagestation 3a, die bei der dargestellten Ausführungsform wiederum zum Montieren von Fahrzeugkomponenten in Form von Fahrzeugtüren 4 dient, umfasst den Roboter 5 mit der am Roboterarm 6 vorgesehenen Greifereinheit 7. Die Montagestation 3a unterscheidet sich von der Montagestation 3 allerdings dadurch, dass der zugangsgeschützte Raum 18, in welchem die Fahrzeugtüren 4 an der in den 3 und 5 nicht dargestellten Bauteilaufgabe bereitgestellt und vom Roboterarm abgenommen bzw. geholt werden und in dem auch zum Heranführen der Fahrzeugtüren 4 an die Montageposition bzw. den Montagebereich 19 u. a. das Schwenken des Roboters 5 und des Roboterarmes 6 erfolgt, sich auf einem Niveau oberhalb des Montagebereichs 19 befindet, in welchem sich Montagepersonal bzw. die Werker aufhalten können und in welchem u. a. auch das Bewegen der jeweiligen Fahrzeugtür 4 durch manuelle Steuerung des Roboters 5 bzw. Roboterarmes 6 in die genaue Montageposition erfolgt, in der die Türgelenke und damit die jeweilige Fahrzeugtür 4 durch Einsetzen des Gelenkbolzens 11 oder der Gelenkbolzen 11 in die Türgelenkelemente 9 und 10 montiert werden, wie dies im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde.
Die manuelle Steuerung des Roboters 5 erfolgt wiederum durch ein am Roboterarm 6 im Bereich der Greifereinheit 7 oder aber an dieser Greifereinheit vorgesehenen Steuergerät beispielsweise über einen Joystick. Weiterhin wird auch bei dieser Ausführungsform der Roboter 5 während der Montage der jeweiligen Fahrzeugtür 4 mit der jeweiligen Fahrzeugkarosserie 1 mitbewegt, d. h. die Montage erfolgt im Fließbetrieb 6 und zwar insbesondere auch in der Form, dass nach der Übernahme der Robotersteuerung durch den Werker, d. h. während der manuellen Steuerung des Roboterarmes dieser bzw. die an der Greifereinheit 7 gehaltene Fahrzeugtür 4 synchron und zumindest im Wesentlichen richtungsgleich mit der Fahrzeugkarosserie mitbewegt wird und lediglich die für das Anfahren der genauen Montageposition erforderlichen Bewegungen möglich sind.
Im Detail erfolgt die Steuerung des Roboters 5 bei der Montagestation 3a in mehreren Sequenzen. Die erste Sequenz umfasst einen vollautomatischen Betrieb für das Holen der jeweiligen Fahrzeugtür 4 von der Bauteilaufgabe und das Bewegen der Fahrzeugtür 4 in eine Zwischenposition 20, die sich oberhalb des Montagebereichs 19 und damit noch innerhalb des Zugangs geschützten Raumes 18 befindet.
Sämtliche Bewegungen des Roboters 5 bzw. des Roboterarmes 6 erfolgen während dieser Sequenz in einem vollautomatischen Betrieb und ausschließlich innerhalb des zugangsgeschützten Raumes 18.
An den vollautomatischen Betrieb schließt sich ein überwachter Automatikbetrieb an, in welchem die jeweilige an der Greifereinheit 7 gehaltene Fahrzeugtür 4 aus der Zwischenposition 20 auf das Niveau des Montagebereichs 19 abgesenkt wird. Bei diesem überwachten Automatikbetrieb, bei dem eine Bewegung des Roboterarmes 6 bzw. der Greifereinheit 7 mit der Fahrzeugtür 4 mit reduzierter Geschwindigkeit erfolgt, werden der Roboterarm 6, die Greifereinheit 7 und die Fahrzeugtür 4 aus dem zugangsgeschützten Raum 18 herausbewegt und die Fahrzeugtür 4 in die Bereitstellungsposition relativ zur Fahrzeugkarosserie 1 für die Übergabe der Steuerung des Roboters 5 an den Werker gebracht. Bei dem überwachten Automatikbetrieb erfolgt eine ständige Überwachung des Bewegungsraumes des Roboterarmes 6, der Greifereinheit 7 und der Fahrzeugtür 4 mit Hilfe einer geeigneten Sensorik, beispielsweise mit Hilfe von optoelektrischen Sensoren, wie Kameras usw., sodass dieser überwachte Automatikbetrieb sofort automatisch gestoppt und die Montagestation 3 sowie auch das Transportsystem 17 stillgesetzt werden, wenn sich Personen oder aber Hindernisse im überwachten Bewegungsraum (Hüllkurve) befinden.
Der überwachte Automatikbetrieb kann aber auch so gestaltet werden, dass bei entsprechend langsamer Bewegung des Roboterarmes 6 und der Greifereinheit 7 mit der Fahrzeugtür 4 stets ein ausreichend großer Mindestabstand zu allen Flächen und/oder Gegenständen des Montagebereichs 19, insbesondere auch zu Bodenflächen, zum Transportsystems 17, zu Komponenten dieses Systems und zu den auf diesem Transportsystem transportierten Fahrzeugkarosserien 1 eingehalten wird, beispielsweise ein Mindestabstand von wenigstens 0,75 Meter, so dass Personenunfälle durch Einklemmen oder Einquetschen ausgeschlossen sind.
Dieser überwachte Automatikbetrieb unter Einhaltung von Mindestabständen wird beispielsweise immer erst dann eingeleitet, wenn der Werker für diesen überwachten Automatikbetrieb seine Zustimmung erteilt, und zwar beispielsweise durch Betätigung einer Taste.
Weiterhin können selbstverständlich auch beide vorbeschriebenen Maßnahmen für den überwachten Automatikbetrieb kombiniert werden.
Befindet sich die Fahrzeugtür nach dem überwachten Automatikbetrieb in der Bereitstellungsposition relativ zur Fahrzeugkarosserie 1, so erfolgt nach erneuter Zustimmung des Werkers, d. h. nach erneuter Betätigung einer entsprechenden Taste die Übergabe der Steuerung des Roboters 5 an den Werker, sodass dann mit Hilfe des am Roboterarm 6 bzw. an der Greifereinheit 7 vorgesehenen Joysticks 6.1 die Fahrzeugtür 4 in die exakte Montage- oder Einbauposition bewegt wird. In dieser Sequenz der Steuerung des Roboters 5 sind wiederum nur die für das Anfahren der exakten Montageposition aus der Bereitstellungsposition notwendigen Bewegungen möglich, der Roboter 5 und der Roboterarm 6 sind für alle anderen Bewegungen gesperrt.
Nach dem Einbau der Fahrzeugtür 4 und nach einer Bestätigung durch den Werker durch Betätigen einer Taste wird der Roboterarm 6 zusammen mit der Greifereinheit 7 in einem überwachten Automatikbetrieb und ohne Schwenken in vertikaler Richtung nach oben in den zugangsgeschützten Raum 18 bewegt, in welchem dann in einem vollautomatischen Betrieb das Holen der nächsten Fahrzeugtür 4 erfolgt.
Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt der Einbau der Fahrzeugtüren 4 im Fließbetrieb, d. h. bei auf der Montagestrecke 2a kontinuierlich bewegten Fahrzeugkarosserien 1 und bei mit dieser Bewegung in einer horizontalen siebten Achse mitbewegtem Roboter 5. Diese Bewegung in der siebten Achse ist durch eine tatsächliche horizontale Bewegung des Roboters 5 möglich, kann aber auch bei beispielsweise räumlich feststehend angeordnetem Roboter 5 durch eine entsprechende Schwenkbewegung des mehrteiligen Roboterarmes 6 nachgebildet werden. Weiterhin können auch beide Möglichkeiten kombiniert werden.
Die 6 und 7 zeigen eine allgemein mit 21 bezeichnete Kupplungs- und/oder Anschlusseinheit 21, die insbesondere für die Verwendung bei Vorrichtungen, Manipulatoren, Roboter usw. für den Einbau von Komponenten, beispielsweise auch Fahrzeugkomponenten, im Fließbetrieb geeignet ist.
Die Anschlusseinheit 21 ist so ausgebildet, dass sie zwischen einem ersten, in der 6 dargestellten Zustand, in welchem eine starre Verbindung über die Anschlusseinheit 21 besteht, in einen Zustand überführt werden kann, in dem eine schwimmende Verbindung über die Anschlusseinheit 21 besteht. Die Anschlusseinheit 21 weist hierfür zwei Basiselemente oder Anschlüsse 22 und 23 auf, die an den über die Anschlusseinheit 21 zu verbinden Komponenten oder Funktionselementen befestigt werden oder aber Teil dieser Komponenten sind. Die Anschlüsse 22 und 23 sind über mehrere, beispielsweise über wenigstens drei räumlich gegeneinander versetzte und durch ein Druckmedium steuerbare Betätigungselemente 24 verbunden. Jedes Betätigungselement besteht im Wesentlichen aus einem elastischen Körper 25, der an zwei einander gegenüberliegenden Enden 25.1 und 25.2 jeweils an einem Anschluss 22 bzw. 23 gehalten ist und einen nach außen hin geschlossenen Innenraum 26 bildet. Dieser ist über eine Verbindung 27 mit dem Druck eines Druckmediums, beispielsweise mit einem Pneumatik- oder Hydraulikdruck beaufschlagbar, sodass sich der Körper 25 bei Beaufschlagung des Innenraumes 26 mit Druck radial "aufbläht" und dadurch der Abstand zwischen den beiden Anschlüssen 22 und 23 verkürzt wird, wie sich dies aus einem Vergleich der 6 und 7 ergibt.
An einem Anschluss, beispielsweise am Anschluss 23 ist wenigstens ein Zentrierzapfen 28 vorgesehen, der bei entspannten Betätigungselementen 24 und damit bei dem größeren Abstand zwischen den Anschlüssen 22 und 23 (7) mit seinem freien Ende auch von dem Anschluss 22 beabstandet ist und bei mit Druck beaufschlagten bzw. aktivierten Betätigungselementen 24 und damit bei reduziertem Abstand zwischen den Anschlüssen 22 und 23 in eine Zentrieröffnung 29 des Anschlusses 22 hineinreicht, sodass beide Anschlüsse 22 und 23 über den sich am Boden der Zentrieröffnung 29 abstützenden Zentrierzapfen 28 sowohl in Achsrichtung dieses Zapfens als auch in Achsrichtungen radial zu dem Zentrierzapfen aneinander fixiert sind. In einer praktischen Ausführung sind wenigstens zwei räumlich gegeneinander versetzte Zentrierzapfen 28 mit jeweils einer zugehörigen Zentrierbohrung 29 vorgesehen.
Bei den vorbeschriebenen Montagestationen 3 und 3a wird die Anschlusseinheit 21 beispielsweise zum Verbinden der Greifereinheit 7 mit dem Roboterarm 6 verwendet und/oder derartige Anschlusseinheiten 21 sind beispielsweise in der Verbindung zwischen Greifern der Greifereinheit 7 und einem Träger oder Rahmen dieser Einheit vorgesehen. Die Ansteuerung der Anschlusseinheiten 21 erfolgt dabei dann z. B. so, dass sich die Anschlusseinheiten 21 beim Abholen der jeweiligen Fahrzeugtür 4 in dem schwimmenden bzw. elastischen Zustand (7) befinden, um eventuelle Toleranzen auszugleichen, sich aber für die Bewegung der Fahrzeugtür 4 an die betreffende Fahrzeugkarosserie 1 sowie für das Einbauen an der Fahrzeugkarosserie 1 im fixierten Zustand (6) befinden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, bei entsprechender Ausbildung der Montagestation 3 auch mehrere Bauteile, z. B. zwei Fahrzeugtüren 4, nämlich eine vordere und eine rückwärtige Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosserie 1 in einem Arbeitstakt zu montieren. In diesem Fall sind an dem Roboterarm 6 wenigstens zwei Greifereinrichtungen 7 vorgesehen, mit denen zwei an jeweils einer Bauteilaufgabe bereitstehende Fahrzeugtüren 4 gegriffen und innerhalb des geschützten Bereichs 14 an die Fahrzeugkarosserie 1 derart herangeführt werden, dass jede Tür sich in einer zwar ungenauen, der endgültigen Montageposition jedoch möglichst angenäherten Bereitstellungsposition befindet. Beide an dem Roboter gehaltene Fahrzeugtüren werden dann unter Beibehaltung ihrer relativen Lage zur Fahrzeugkarosserie 1 und ohne Relativbewegung zwischen der jeweiligen Fahrzeugtür und der Fahrzeugkarosserie 1 aus dem geschützten Bereich 14 herausbewegt, sodass sie dann von einem sich außerhalb des Bereichs 14 aufhaltenden Werker durch manuelle Steuerung mit dem Steuergerät 16 in ihre genaue End- bzw. Montageposition bewegt und an der Fahrzeugkarosserie 1 montiert werden können.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die Montage von Fahrzeugtüren 4 an Fahrzeugkarosserien beschränkt. So kann bei entsprechender Ausbildung die Montagestation 3 bzw. das mit dieser durchgeführte Verfahren auch für die Montage anderer Komponenten bei der Fahrzeugherstellung verwendet werden, beispielsweise für die Montage von Konsolen, Verkleidungen, Fahrzeugsitzen, Antriebselementen, Hilfsantrieben usw.
Die Montagestation 3 sowie das mit dieser durchführbare Verfahren eignen sich ferner auch für die Montage von Fahrzeugtürelementen an Fahrzeugkarosserien 1 vor dem Lackieren.
Weiterhin eignet sich die Montagestation 3 und das mit dieser durchführbare Verfahren auch zur Demontage von Komponenten, beispielsweise zur Demontage von Fahrzeugtürelementen nach dem Lackieren für die weitere von der Fahrzeugkarosseriemontage zunächst unabhängige Montage. Bei dieser Demontage erfolgen dann das Entfernen und Ablegen der jeweils demontierten Komponente (z. B. Fahrzeugtür) beispielsweise so, dass die am Roboter 5 gehaltene Komponente außerhalb des Bereichs 14 von der Fahrzeugkarosserie 1 gelöst, innerhalb des Bereichs 14 mit Hilfe des Roboters 5 zunächst in eine der endgültigen Ablageposition ungefähr entsprechende Bereitstellungsposition bewegt und dann manuell gesteuert über das mit der Robotersteuerung 12 zusammenwirkende Steuergerät 16 in die endgültige Ablageposition, beispielsweise in eine Aufnahme eines Montagebandes abgelegt wird.

1: Fahrzeugkarosserie
2, 2a: Montagelinie
3, 3a: Montagestation
4: Fahrzeugtür
5: Roboter
6: Roboterarm
6.1: Joystick
7: Greifereinrichtung
8: Bauteilaufgabe
9, 10: Türgelenkelement
11: Gelenkbolzen
12: Robotersteuerung
13: Steuerung der Montagelinie 2
14: geschützter Bereich
15: horizontale Bewegungsachse des Roboters 5
16: Steuergerät
17: Transportsystem
18: zugangsgeschützter Bereich
19: Montagebereich
20: Zwischenbereich
21: Anschlusseinheit
22, 23: Anschluss
24: Betätigungselement
25: elastischer Körper
25.1, 25.2: Ende
26: Innenraum
27: Druckleitung
28: Zentrierzapfen
29: Zentrieröffnung
A: Transportrichtung der Montagelinie 2
A': Bewegung des Roboters 5 in der horizontalen siebten Achse 15
B: Bewegung des Roboterarmes bei überwachtem Automatikbetrieb

Claims

Verfahren zum Einbau von Bauteilen (4) an Fahrzeugkomponenten (1), insbesondere im Fließbetrieb, wobei das jeweilige Bauteil (4) mit einem motorisch angetriebenen Manipulator (5) an einer Bauteilaufgabe (8) innerhalb eines geschützten Bereichs oder Raumes (14) entnommen und an die auf einer Montagestrecke oder -linie (2, 2a) angeordnete Fahrzeugkomponente (1) herangeführt wird, und zwar für eine Montage oder einen Einbau des am Manipulator (5) gehaltenen und in einer exakten Montage- oder Einbauposition befindlichen Bauteils (4), dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Bauteil (4) mit dem Manipulator (5) an die Fahrzeugkomponente (1) in eine der Montage- oder Einbauposition angenäherte Bereitstellungsposition herangeführt wird, und dass außerhalb des geschützten Bereichs oder Raumes (14) durch manuelle Steuerung des Manipulators (5) das Positionieren des Bauteils (4) in seine exakten Montage- oder Einbauposition an der Fahrzeugkomponente sowie das Einbauen des Bauteils (4) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Einbau im Fließbetrieb das Bauteil (4) zur Aufrechterhaltung der Bereitstellungsposition relativ zur Fahrzeugkomponente (1) mit dieser mit bewegt wird
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Bauteil (4) durch programmgesteuerte Bewegung des Manipulators (5) bzw. in einem vollautomatischen Betrieb noch innerhalb des geschützten Bereichs oder Raumes (14) an die Bereitstellungsposition in Bezug auf die Fahrzeugkomponente (1) herangeführt wird, dass die Fahrzeugkomponente (1) zusammen mit dem in der Bereitstellungsposition angeordneten und am Manipulator (5) gehaltenen Bauteil (4) aus dem geschützten Raum (14) herausbewegt wird, und dass erst außerhalb des geschützten Bereichs oder Raumes (14) die manuelle Steuerung des Manipulators (5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranführen des Bauteils (4) in die Bereitstellungsposition und/oder das Positionieren des Bauteils (4) in der Montageposition bei auf der Montagelinie (2) bewegter Fahrzeugkomponente (1) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranführen des Bauteils (4) in die Bereitstellungsposition und/oder das Positionieren des Bauteils (4) in der Montageposition bei synchron mit der Fahrzeugkomponente (1) bewegtem Manipulator (5) erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranführen des jeweiligen Bauteils (4) an die Fahrzeugkomponente (1) und/oder in die Bereitstellungsposition abgeschlossen ist, bevor die auf der Montagelinie (2) angeordnete Fahrzeugkomponente (1) und das an dem Manipulator (5) gehaltene und mit der Fahrzeugkomponente (1) mitbewegte Bauteil (4) aus dem geschützten Raum (14) herausbewegt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heranführen des jeweiligen Bauteils (4) unter Schwenken des Manipulators (5) oder eines das Bauteil (4) haltenden Manipulatorarmes (6) erfolgt, und dass die Fahrzeugkomponente (1) und das an dem Manipulator (5) gehaltenen Bauteil (4) erst nach dem Schwenken aus dem geschützten Raum (4) herausbewegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionieren des jeweiligen Bauteils (4) außerhalb des geschützten Raumes (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Arbeitsgang mehrere Bauteile (4) mit dem Manipulator (5) gleichzeitig an die Fahrzeugkomponente (1) so heranbewegt werden, dass sich jedes Bauteil in einer Bereitstellungsposition an der Fahrzeugkomponente (1) befindet, und dass anschließend für die Montage das Positionieren jedes Bauteils (4) in seine exakte Montageposition durch manuelle Steuerung des Manipulators (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitbewegen (A') des herangeführten Bauteils (4) mit der Fahrzeugkomponente (1) achsgleich oder annähernd achsgleich und synchron mit der Bewegung (A) der Fahrzeugkomponente (1) auf der Montagelinie (2) erfolgt, vorzugsweise unter Beibehaltung der Relativposition des jeweiligen Bauteils (4) relativ zur Fahrzeugkomponente (1) und/oder ohne Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Bauteil (4) und der Fahrzeugkomponente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitbewegen (A') des jeweiligen Bauteils (4) mit der Fahrzeugkomponente (1) durch die Montagelinie (2) erfolgt bzw. durch eine der Montagelinie (2) zugeordnete Steuereinrichtung (13) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitbewegen (A') des jeweiligen, herangeführten Bauteils (4) mit der Fahrzeugkomponente (1) durch mechanisches Ankoppeln des Manipulators (5) an die Montagelinie (2) und/oder an die Montagelinie (2) bildende Komponententräger erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Manipulators (5) beim Heranführen des jeweiligen Bauteils (4) durch eine den Manipulator (5) zugeordnete Steuereinrichtung (12) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Elemente einer Fahrzeuginnenausstattung und/oder Elemente eines Antriebs oder Hilfsantriebs sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Heranführen des jeweiligen Bauteils (4) an die Fahrzeugkomponente der Antrieb des Manipulators (5) und/oder dessen Steuerung (12) blockiert werden und der Manipulator (5) nur noch durch die Montagelinie (2) in der Achse (A') parallel zur Bewegungsachse zur Transportrichtung (A) der Montagelinie bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Manipulators (5) zum Hohlen des Bauteils (4) und zum Positionieren des Bauteils (4) in der exakten Einbauposition an der Fahrzeugkomponente (1) mehrere Sequenzen aufweist, und zwar wenigstens einen vollautomatischen Betrieb, in welchem sich der Manipulator zum Hohlen des jeweiligen Bauteils (4) und zum Verbringen dieses Bauteils (4) an eine Zwischenposition (20) ausschließlich innerhalb des geschützten Bereichs bzw. Raumes (18) bewegt, einen überwachten Automatikbetrieb, in welchem das am Manipulator (5) gehaltene Bauteil (4) in die Bereitstellungsposition bewegt wird, sowie die rein manuell gesteuerte Bewegung zum Positionieren des Bauteils in der exakten Montage- bzw. Einbauposition an der Fahrzeugkomponente (1).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des überwachten Automatikbetriebs das Bauteil (4) sowie der dieses Bauteil tragende Manipulator (5) wenigstens teilweise außerhalb des geschützten Bereichs bzw. Raumes (18) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem überwachten Automatikbetrieb der Bewegungsraum des Bauteils (4) und des Manipulators (5) außerhalb des geschützten Bereichs oder Raumes (18) durch wenigstens einen Sensor überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Gegenständen und/oder Personen im überwachten Bewegungsraum zumindest ein Stoppen des Manipulators (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des überwachten Automatikbetriebes die Bewegung des Manipulators derart gesteuert und/oder überwacht wird, dass der Manipulator (5) sowie das an diesem vorgesehenen Bauteil (4) stets einen, Verletzungen vermeidenden, Mindestsicherheitsabstand zu sämtlichen Flächen und/oder Gegenständen eines Montagebereichs (19) einhält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überwachte Automatikbetrieb und/oder die manuelle Steuerung des Manipulators (5) jeweils erst nach einer Bestätigung, beispielsweise manuellen Eingabe eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschützte Bereich oder Raum (18) auf einem Niveau oberhalb des Niveaus des Montagebereichs (19) vorgesehen ist.
Verfahren zum Demontieren bzw. Ausbauen von Bauteilen von Fahrzeugkomponenten (1) sowie zum Ablegen der demontierten Bauteile (4) an eine Bauteilablage (8) unter Verwendung eines in einem geschützten Bereich oder Raum (14) bewegten Manipulators (5), dadurch gekennzeichnet, dass das zu demontierende Bauteil (4) außerhalb des geschützten Bereichs oder Raumes (14) von dem Manipulator erfasst und anschließend z. B. manuell von der Fahrzeugkomponente (1) demontiert wird, dass das am Manipulator (5) gehaltene Bauteils (4) mit dem sich auf der Montagelinie (2) bewegenden Fahrzeugkomponente (1) mitbewegt und dann innerhalb des geschützten Raumes (4) von der Fahrzeugkomponente (1) weg an die Bauteilablage (8) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Bauteil mit dem Manipulator in eine Bereitstellungsposition an der Bauteilablage (8) herangeführt wird, und dass das jeweilige Bauteil (4) anschließend durch manuelle Steuerung des Manipulators (5) aus der Bereitstellungsposition in die exakte Ablageposition (8) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Steuerung des Manipulators (5) mit einem Steuergerät (16), beispielsweise mit einem Joystick erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) an einem das jeweilige Bauteil (4) haltenden Manipulatorarm (6) oder einer Greifereinrichtung (7) des Manipulators (5) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator ein Roboter (5) mit wenigstens einem Roboterarm (6) und mit zumindest einer Greifvorrichtung (7) zum Greifen und Halten der Bauteile (4) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Fahrzeugtüren (4) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkomponenten Fahrzeugkarosserien (1) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschützte Bereich oder Raum (14) ein von Wand- und/oder Gitterelementen umschlossener Bereich oder Raum ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschützte Bereich oder Raum (14) ein durch wenigstens einen Sensor, beispielsweise durch wenigstens einen Flächenscanner überwachter Bereich oder Raum ist.
Anschlusseinheit, auch zur Verwendung bei einer Montagestation zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Verbindung zweier Komponenten, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Basis (22, 23), die jeweils Bestandteil einer Komponente sind und/oder an dieser befestigbar sind, durch wenigstens ein zumindest einen Innenraum (26) aufweisendes elastisches Betätigungselement (24), welches beidendig mit jeweils einer Basis (22, 23) verbunden ist und dessen Innenraum (26) zum Aktivieren des Betätigungselementes (24) mit dem Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist, und zwar für eine Reduzierung des Abstandes zwischen den beiden Enden (25.1, 25.2) des Betätigungselementes (24) bei Vergrößerung des Durchmessers des Betätigungselementes (24), sowie durch Fixiermittel (28, 29), die bei aktiviertem Betätigungselement (24) die erste und die zweite Basis (22, 23) aneinander verriegeln.
Anschlusseinheit nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsmittel von wenigstens einem Zapfen oder Vorsprung (28) an einer Basis (23) und von einer diesen Zapfen oder Vorsprung zugeordneten Aufnahme oder Öffnung (29) an der anderen Basis (22) gebildet sind.
Anschlusseinheit nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den beiden Enden des Betätigungselementes (24) gebildete Länge dieses Elementes zumindest im nicht aktivierten Zustand größer ist als der Durchmesser des Betätigungselementes.
Anschlusseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei zwischen der ersten und zweiten Basis (22, 23) angeordnete Betätigungselemente (25).