DE102007045143A1

DE102007045143A1 - Bearbeitungs- beziehungsweise Fertigungsanlage

Info

Publication number: DE102007045143A1
Application number: DE200710045143
Authority: DE
Original assignee: MRK SYSTEME GmbH; MRK-SYSTEME GmbH
Current assignee: MRK SYSTEME GmbH; MRK-SYSTEME GmbH
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage. Sie besteht aus einer Fördereinheit, durch welche ein Werkstück entlang eines Förderweges bewegbar ist. Des Weiteren besitzt diese einen Industrieroboter, der entlang eines Roboterweges bewegbar ist. Der Industrieroboter bewegt sich mit dem Werkstück und der Arm des Industrieroboters positioniert ein Bauteil im Bereich des Werkstückes, z. B. zu Montage- oder Einbauzwecke oder der Arm des Industrieroboters trägt ein Werkzeug, welches der Bearbeitung des Werkstückes dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungs- beziehungsweise Fertigungsanlage, bestehend aus einer Fördereinheit, durch welche ein Werkstück entlang eines Förderweges bewegbar ist und zumindest einem Industrieroboter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage.
Eingangs angegebenen Bearbeitungs- oder Fertigungsanlagen sind zum Beispiel in der Automobilproduktion bekannt. Die Werkstücke, hier zum Beispiel entsprechende Rohkarossen, werden auf Fördereinheiten taktweise transportiert und an entsprechenden Bearbeitungsstationen mit Hilfe von Industrierobotern be arbeitet. Dies können zum Beispiel entsprechende Schweißroboter oder auch Montageroboter sein.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Industrieroboter ortsfest anzuordnen und die Werkstücke getaktet an die jeweiligen, mit den Industrierobotern ausgestatteten Bearbeitungsstationen heranzuführen.
Das taktweise Versetzen der Werkstücke ist verhältnismäßig energieaufwendig. Insbesondere müssen zu einem festgelegten Zeitpunkt alle Werkstücke entsprechend weitertransportiert werden und die gesamten Versorgungsleitungen sind für diese Spitzenbelastung auszulegen. Außerdem bestimmt der langsamste Bearbeitungsschritt die Taktfrequenz also die Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Die Auslegungen der bekannten Bearbeitungs- und Förderanlagen für taktweise Transport sowie die Abhängigkeit der Bearbeitungsgeschwindigkeit beziehungsweise der Taktfrequenz von dem langsamsten Bearbeitungsschritt führen zu kostenaufwendigen Bearbeitungs- beziehungsweise Fertigungsanlagen sowie zu hohen Produktionskosten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung die Bearbeitungs- beziehungsweise Fertigungskosten mit Hilfe der Bearbeitungs- und Fertigungsanlagen zu reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage vor, welche aus einer Fördereinheit besteht, durch welche ein Werkstück entlang eines Förderweges bewegbar ist und zumindest einen Industrieroboter umfasst, der entlang eines Roboterweges bewegbar ist, wobei der Roboterweg und der Förderweg im Wesentlichen parallel sind und der Industrieroboter sich mit dem Werkstück bewegt und der Arm des Industrieroboters ein Bauteil im Bereich des Werkstückes, zum Beispiel zu Montage- oder Einbauzwecken positioniert, oder der Arm des Industrieroboters ein Werkzeug trägt, welches der Bearbeitung des Werkstückes dient.
Anstelle einer taktweisen Förderung der Werkstücke wird erfindungsgemäß ein kontinuierlicher Förderfluss vorgesehen. Durch die kontinuierliche Bewegung des Werkstückes werden die bei der taktweisen Förderung anfallenden Kraft- bzw. Verbrauchsspitzen vermieden und die entsprechenden Versorgungsleitungen für Energie aber auch für sonstige Medien können kleiner dimensioniert werden, was zu einer entsprechende kostengünstigen Realisierung der Fertigungsanlage führt. Bei langwierigen Bearbeitungsstationen, die im Stand der Technik zu einer entsprechenden Beschränkung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und somit zu einer Reduzierung der Taktfrequenz führten, kann mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag problemlos eine Mehrzahl von redundant angeordneten Industrierobotern vorgesehen werden, um so die Leistung für diesen Bearbeitungsschritt zu erhöhen. Der Förderfluss der Werkstücke muss dadurch nicht unterbrochen werden.
Als Werkstück ist zum Beispiel die Karosse eines Fahrzeuges oder eine andere, verhältnismäßig komplexe, aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehende Baugruppe vorgesehen.
Neben dem erfindungsgemäßen Vorschlag, dass der Arm des Industrieroboters ein Bauteil im Bereich des Werkstückes, zum Beispiel zu Montage- oder Einbauzwecken positioniert, ist es natürlich auch möglich, dass der mit dem Werkstück mitfahrende Industrieroboter während der Bewegung mit einem an dem Arm des Industrieroboters vorgesehenen Werkzeug Bearbeitungen an dem Werkstück ausführt. Durch eine solche Vorgehensweise wird Zeit gespart und die Bearbeitungsgeschwindigkeit entsprechend erhöht.
Geschickterweise ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Roboterweg und der Förderweg im Wesentlichen parallel zueinander sind. Aufgrund der hohen Gelenkigkeit des Armes des Industrieroboters sind auch sich verändernde Abstände zwischen dem Roboterweg und dem Förderweg kompensierbar, dies ist entsprechend in der Robotersteuerung für die Bahnführung des Roboters hinterlegbar. Dabei beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf eine geradlinige Anordnung des Förderweges, grundsätzlich sind natürlich auch entsprechende Bögen, Kurven und so weiter in gleicher Weise vorgesehen und zwar sowohl des Förderweges wie auch des Roboterweges. Der Begriff "parallel" ist daher sehr allgemein auszulegen. Dafür reicht bereits eine gleichgerichtete Orientierung von Roboterweg und Förderweg.
Die eingangs gestellte erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage gelöst, wobei für die Steuerung der Bewegung des Werkstückes in der Fördereinheit eine Fördereinheitssteuerung und für die Bewegung des Industrieroboters auf dem Roboterweg eine Roboterwegsteuerung vorgesehen ist und laufend die Bewegung, insbesondere die Geschwindigkeit des Werkstückes auf dem Förderweg sowie die Bewegung, insbesondere die Geschwindigkeit des Industrieroboters, auf dem Roboterweg miteinander verglichen und ausgeglichen wird.
Um eine entsprechende Bearbeitungs- beziehungsweise Fertigungsqualität zu erreichen muss natürlich darauf geachtet werden, dass die einzubauenden Bauteile beziehungsweise die Bearbeitungen, die durch den Industrieroboter erfolgen, positionsgenau an dem Werkstück erfolgen. Da anstelle eines im Stand der Technik bekannten ruhenden Bezugssystemes durch den Werkstück-Industrieroboter nunmehr ein bewegtes Bezugssystem erfindungsgemäß vorgesehen ist, ist natürlich auf einen entsprechenden Gleichlauf des Werkstückes und des Industrieroboters zu achten, um nicht durch eine entsprechend unterschiedliche Bewegung (zum Beispiel Geschwindigkeit) eine schlechte oder unter Umständen gar keine Bearbeitung beziehungsweise Montage zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren vorgesehen, welches darauf ausgerichtet ist, die Bewegungen des Industrieroboters sowie des Werkstückes andauernd zu kontrollieren und aufeinander abzustimmen, mit dem Ziel, dass möglichst kein durch unterschiedliche Bewegungen herrührender Versatz der Position des Industrieroboters, insbesondere des Armes des Industrieroboters und des Werkstückes erfolgt.
Des Weiteren dient das Verfahren auch dazu, dass unter Umständen auftauchende Differenzen sogleich ausgeglichen werden. Hierzu besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Zum einen ist es möglich, über die Fördereinheitsteuerung beziehungsweise die Roboterwegsteuerung auf die Fördereinheit des Werkstückes beziehungsweise auf den Industrieroboter Einfluss zu nehmen, deren Bewegungsgeschwindigkeit entweder zu erhöhen oder abzusenken, mit dem Ziel, diese aneinander wieder anzugleichen. Es ist aber auch möglich, dass das Verfahren nicht nur auf die Roboterwegsteuerung Einfluss nimmt, sondern auf die Robotersteuerung selber und zum Beispiel eine kurzfristig auftretende Störung im Gleichlauf durch eine entsprechend schnell umzusetzende Bewegung des Roboterarmes des Industrieroboters auszugleichen und anstelle einer Beschleunigung des Industrieroboters auf dem Roboterweg die Bewegung des Armes des Industrieroboters entsprechend erhöht. Der Vorteil einer solchen Vorgehensweise liegt insbesondere darin, dass die zu beschleunigende Masse des Armes des Industrieroboters geringer ist als die Masse des gesamten Industrieroboters oder die Masse des sich in der Fördereinheit gegebenenfalls autonom bewegenden Werkstückes.
Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in reinen Fertigungsanlagen einsetzbar, wo zum Beispiel mit Hilfe des Industrieroboters beziehungsweise des Armes des Industriero boters ein Bauteil im Bereich des Werkstückes zum Beispiel zu Montage- oder Einbauzwecken positioniert wird oder aber der Arm des Industrieroboters ein Werkzeug trägt, welches zur Bearbeitung des Werkstückes dient.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Industrieroboter das Bauteil an- beziehungsweise in das Werkstück einbaut. Auch dies passiert während der simultanen Bewegung des Industrieroboters und des Werkstückes. Die Erfindung eröffnet dabei die Möglichkeit, dass das Werkstück nicht nur im Bereich des Bauteiles an dessen Einbaustelle positioniert, also vorgehalten wird und zum Beispiel eine manuelle Montage erfolgt oder unterstützt, sondern auch die Variante, dass der Industrieroboter das Bauteil an- beziehungsweise in das Werkstück einbaut.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein an dem Industrieroboter mitfahrendes Werkzeug für die Bearbeitung oder Montage des Werkstückes beziehungsweise des Bauteiles dient. Dabei ist zum Beispiel vorgesehen, dass das Werkzeug das soeben am Werkstück montierte Bauteil bearbeitet oder aber dass das Werkzeug bei dem Montagevorgang eingesetzt wird. Gegebenenfalls sind hierzu zum Beispiel auch zwei parallel verfahrende Industrieroboter vorgesehen oder ein Industrieroboter mit zwei Armen, wobei zum Beispiel der erste Industrieroboter beziehungsweise der erste Arm das Bauteil trägt und der zweite Industrieroboter beziehungsweise der zweite Arm das hierzu benötigte Werkzeug.
Eine erhebliche Verbesserung erreicht die erfindungsgemäße Variante, wonach eine Manipulatoreinheit für den Industrieroboter vorgesehen ist, um dessen Positionier- oder Einbaubewegung für das Bauteil oder die Bearbeitungsbewegung eines Werkzeuges insbesondere händisch zu steuern. Durch diese erfindungsgemäße Variante ist es möglich, zum Beispiel bei verhält nismäßig komplexen Einbauteilen den Einbau- beziehungsweise Montagevorgang in einfacher Weise händisch zu unterstützen. Dabei ist zu beachten, dass der Industrieroboter das unter Umständen erhebliche Gewicht des einzubauenden Bauteiles trägt und die Bedienungsperson von der körperlich schweren Arbeit entlastet ist. Die Manipulatoreinheit ist dabei eine Steuerungseinheit, wie sie normalerweise für das Steuern des Armes eines Industrieroboters vorgesehen ist. Dabei ist zu beachten, dass diese händische Unterstützung der Einbaubewegung während der Bewegung des Werkstückes beziehungsweise des Industrieroboters erfolgt. Das heißt, auch komplexe Einbauvorgänge werden während einer Bewegung des Werkstückes erledigt. In bekannter Weise ist dabei der Industrieroboter mit mehreren Sensoren ausgestattet, um die Bedienungsperson zu schützen, wodurch es möglich ist, dass die Bedienperson den Einbauvorgang beziehungsweise den Einsatz des Werkzeuges an dem Werkstück unmittelbar überwachen kann und dann gegebenenfalls mit der Manipulatoreinheit eingreifen kann.
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Manipulatoreinheit an dem Industrieroboter angeordnet ist. Vorteil dieser Weiterentwicklung der Erfindung ist, dass die händische Steuerung die übrigen, in der Robotersteuerung beziehungsweise der Anlagensteuerung hinterlegten Bewegungsvorgänge entsprechend unterstützt. Da die Einbaubewegung insbesondere mit Hilfe des Armes des Industrieroboters ausgeführt wird und diese Einbaubewegung zu überwachen beziehungsweise zu kontrollieren ist, ist es günstig, die Manipulatoreinheit in der Nähe des Industrieroboters, also zum Beispiel an diesem anzuordnen.
Das Vorgesagte bezieht sich exemplarisch auf den Einbauvorgang eines Bauteiles an dem Werkstück. Die Erfindung ist aber in gleicher Weise auch bei dem Einsatz eines Werkzeuges an dem Arm des Industrieroboters zur Durchführung von entsprechenden Bearbeitungen am Werkstück sinngemäß einsetzbar. In diesem Fall dient die händisch gesteuerte Manipulationseinheit der Steuerung der Bewegung des Werkzeuges.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Manipulatoreinheit durch eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung mit dem Industrieroboter vorgesehen ist und die Manipulatoreinheit tragbar ausgebildet ist. Dadurch wird die Mobilität erhöht, da die Bedienperson mit der tragbar ausgebildeten Manipulatoreinheit möglichst nahe an den Tätigkeitsort des Armes des Industrieroboters herantreten kann und die Einbaubewegung unmittelbar durch die Manipulatoreinheit beeinflussen und steuern kann.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt dabei insbesondere darin, dass eine insbesondere durch die Manipulatoreinheit geführte und gesteuerte Einsatzbewegung des Industrieroboters beziehungsweise des Armes des Industrieroboters für das Bauteil, insbesondere während der Förderbewegung des Werkstückes erfolgt. Diese von der Manipulatoreinheit erzeugten Manipulationsdaten werden auf die Fahrbewegung und die Positionierbeziehungsweise Einbaubewegungen, die aufgrund der Steuerung bekannt sind, aufgesetzt.
Hieraus resultiert grundsätzlich eine gleichartige Bewegung des Bauteils und des Werkstückes auch beim Einsatz der Manipulatoreinheit, wobei die gleichartige Bewegung des Bauteiles und des Werkstückes insbesondere auf die Förderbewegung entlang des Förderweges beziehungsweise des Roboterweges zu beziehen ist. Dabei ist darauf zu achten, dass die Geschwindigkeit entlang des Förderweges beziehungsweise des Roboterweges von Bauteil und Werkstück möglichst gleich sind, um einen relativen Versatz zwischen den beiden Elementen auszuschließen. Besteht ein solcher relativer Versatz, so wird dieser Versatz möglichst umgehend ausgeregelt.
Eine gleichartige Bewegung des Bauteiles beziehungsweise des Werkstückes erfolgt dabei zum Beispiel durch eine mechanische Kopplung der jeweiligen Antriebe. So weist zum Beispiel der Industrieroboter auf dem Roboterweg einen mit dem Förderantrieb der Fördereinheit über eine mechanische Kopplung zum Beispiel einen gemeinsamen Gesamtantrieb mit jeweils abgeleiteten Antrieben auf. Alternativ ist eine elektronische Kopplung zwischen den beiden Antrieben vorgesehen, wobei dann entsprechende Geschwindigkeits-, Positions- oder Bewegungssensoren vorgesehen sind, um den Gleichlauf zu überwachen.
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Variante ist ein gemeinsames Abbremsen oder Beschleunigen der Bewegung des Werktstückes und des Bauteiles beziehungsweise des Industrieroboters oder des Armes des Industrieroboters vorgesehen. Durch eine solche Vorgehensweise wird eine Beschädigung entweder des Bauteiles oder des Werkstückes zuverlässig vermieden, da natürlich während des Einbauvorganges das Bauteil sehr nah am oder auch im Werkstück angeordnet ist, aber mit diesem noch nicht befestigt also verbunden ist und die Förderbewegung von der Bewegung des Industrieroboters abzuleiten ist. Würde man nun eines der beiden Elemente, also den Industrieroboter einerseits oder die Fördereinrichtung andererseits nur einseitig, also ungleichartig abbremsen oder beschleunigen, so käme es unweigerlich zu einem relativen Versatz von Bauteil und Werkstück beziehungsweise Werkzeug (am Industrieroboter), was zu Beschädigungen führen muss. Durch das gemeinsame Abbremsen oder Beschleunigen wird diese Gefahr eliminiert.
Um die Steuerung der Bewegung des Werkstückes in der Fördereinheit und die Bewegung des Industrieroboters auf dem Roboterweg durchzuführen, ist eine Fördereinheitsteuerung beziehungsweise Roboterwegsteuerung vorgesehen. Um eine synchrone, gleichartige Bewegung des Industrieroboters einerseits und der Fördereinheit für das Werkstück andererseits zu erreichen, ist die Förderein heitsteuerung und die Roboterwegsteuerung in einer erfindungsgemäßen Variante miteinander gekoppelt. Dabei wird eine gleichberechtigte Kopplung von Fördereinheitsteuerung und Roboterwegsteuerung in einer erfindungsgemäßen Variante vorgesehen. Es ist erfindungsgemäß nicht auszuschließen, dass zum Beispiel ein Störfall in der Fördereinheit vorliegt und dann die Bewegung der Fördereinheit abgebremst werden muss, was zu einer gleichartigen Abbremsung der Roboterbewegung führen muss. Umgekehrt kann auch ein "Fehler-Aus" oder ein "Not-Aus"-Befehl bei der Bewegung des Industrieroboters vorliegen, was zu einem kontrollierten Abbremsen der Fördereinheitsbewegung mit der Roboterbewegung führen muss. Daher ist ein Master-Slave, also oben/unten-Prinzip bei der Ausgestaltung dieser Steuerung nicht günstig, da die beiden Steuerungen jeweils gegeneinander Rücksicht zu nehmen haben beziehungsweise aufeinander einzuwirken haben, weshalb hier eine gleichberechtigte Kopplung der Fördereinheitsteuerung und der Roboterwegsteuerung vorteilhaft ist.
Gerade wenn ein Fehler oder ein Notsignal auftritt, bleibt die Kopplung der Bewegung von Industrieroboter und Fördereinheit (und damit des Werkstückes) bestehen.
Dabei bleibt die Kopplung der Bewegung von Industrieroboter und Fördereinheit bestehen, bis beide Elemente zum Stillstand gekommen sind oder aber, wie es in einer erfindungsgemäßen Variante vorgesehen ist, es wird bei einem Fehler oder "Not-Aus"-Signal der Industrieroboter zunächst das Bauteil oder der Arm des Industrieroboters aus dem Kollisionsbereich mit dem Werkstück herausgebracht, also entfernt, und dann erfolgt eine Abbremsung der Bewegung des Industrieroboters und der Fördereinheit. Nach dem Entfernen des Armes des Industrieroboters aus dem Kollisionsbereich ist eine mögliche Beschädigung des Bauteiles und/oder des Werkstückes nicht mehr möglich. Auch eine mögliche Verletzungsquelle, gerade wenn mit Hilfe der Manipulatoreinheit durch den Bediener die Einbaubewegung unterstützt wird, ist gebannt, da keine Quetschgefahren mehr zwischen Bauteil und Werkstück besteht. Dabei kann die vorgenannte Sequenz gleich zu Beginn eines Abbremsvorganges, also vor dem eigentlichen Abbremsvorgang erfolgen oder aber das Abbremsen erfolgt simultan und gleichzeitig wird das Bauteil beziehungsweise der Arm des Industrieroboters aus dem Kollisionsbereich herausbewegt und eine Abbremsung der Bewegung von Industrieroboter und Fördereinheit erfolgt hernach gegebenenfalls synchron also gleichartig oder als eine Routine zum Beispiel beim "Not-Aus"-Vorgang dann gegebenenfalls auch unabhängig voneinander. Die Auflösung der Kopplung der Bewegung des Industrieroboters und der Fördereinheit ist dann auch unschädlich, da keine Kollisionsgefahr mehr besteht und das Abbremsen der Anlage nicht zu einer Beschädigung von Bauteilen und/oder Werkstücken führt.
Geschickterweise wird dabei in einer erfindungsgemäßen Variante vorgesehen, dass bei einem "Fehler-Aus" oder "Not-Aus"-Signal die Manipulatoreinheit deaktiviert wird. Es ist klar, dass bei einem "Fehler-Aus" oder "Not-Aus"-Signal diese Signale eine höhere Priorität besitzen und die übrigen Bearbeitungen, sei es eine Einsetz- oder Montagebearbeitung oder auch Bearbeitung mit Werkzeugen dann zurückzustellen sind und bei einer Deaktivierung der Manipulatoreinheit auch der Eingriff eines Bedieners sogleich abgestellt wird und die erfindungsgemäße Anlage in eine Situation gebracht wird, mit welcher eine Kollision möglichst schnell verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Gleichlaufüberwachung der Bewegung des Bauteiles beziehungsweise des Industrieroboters und des Werkstückes vorgesehen. Die Gleichlaufüberwachung besitzt dabei geschickterweise Positions- beziehungsweise Geschwindigkeitssensoren, um die jeweilige Lage beziehungsweise Geschwindigkeit des Werkstückes einerseits und des Industrieroboters andererseits andauernd bestimmen zu können. Ziel der Anordnung ist, sowohl während des normalen Betriebes, also der normalen Förderbewegung wie auch beim Auftreten eines Fehlers oder Notsignales eine kontrollierte, gleichlaufende Bewegung des Werkstückes und des Industrieroboters zu erreichen, insbesondere unter der Maßgabe, dass eine relative Lageveränderung des Bauteiles zum Werkstück minimiert oder vermieden wird. Durch mögliche Lageveränderungen des Bauteiles zum Werkstücks (beziehungsweise eines Werkzeuges zum Werkstück) resultiert eine mögliche Verletzungsgefahr für den Bediener aufgrund von Quetschflächen zwischen dem Bauteil und dem Werkstück einerseits wie auch Beschädigungen am Bauteil beziehungsweise Werkstück. Dabei kommt es in letzter Konsequenz auf die exakte Lage des Bauteiles beziehungsweise des Werkzeuges an, welche von dem Arm des Industrieroboters geführt ist. Die Position beziehungsweise Geschwindigkeit des Industrieroboters selbst ist daher unter Umständen nur ein Hilfsmaß, tatsächlich ist auf die Elemente die im Kollisionsbereich liegen abzustellen. Zunächst aber ist es grundsätzlich möglich, die Bewegung des Industrieroboters mit entsprechenden Sensoren zu überwachen, genauso wie die Bewegung der Fördereinheit mit den daran angeordneten, auf Werkstückhaltern gehaltenen Werkstücken durch entsprechende Positions-, Geschwindigkeits- beziehungsweise Bewegungssensoren überwacht werden. Diese Sensoren sind Teil der Gleichlaufüberwachung.
In einer Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Industrieroboter, insbesondere am vorderen, dem Werkstück zugewandten Ende des Armes des Industrieroboters zumindest ein Abstandssensor vorgesehen ist, der den Abstand zum Werkstück misst. Geschickterweise ist dabei auch dieser Sensor Teil der Gleichlaufüberwachung. Durch die Anordnung eines solchen Abstandssensors werden auftretende Änderungen der Relativlage von Werkstück und Industrieroboter beziehungsweise Arm des Industrieroboters beziehungsweise Bauteil sofort erfasst und an die Gleichlaufüberwachung weitergegeben. Zum Beispiel ist ein solcher Sensor derart angebracht, dass dieser den Abstand zu einem das Werkstück haltenden Auflage misst und in dieser Auflage ein entsprechender mit dem Sensor zusammenwirkendes Mittel angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass nicht ein entsprechendes Mittel an jedem Werkstück vorzusehen ist, sondern dieses Mittel Teil der Fördereinheit ist und mehrfach eingesetzt werden kann. Da ist es klar, dass das Werkstück bezüglich der Auflage positionsgenau und reproduzierbar gehalten ist, was aber wegen den verschiedenen Bearbeitungen sowieso der Fall ist.
Die Erfindung sieht entweder eine unmittelbare Kopplung der Roboterwegsteuerung und Fördereinheitsteuerung zur Ausbildung eines Gleichlaufes vor oder aber es ist eine Gleichlaufsteuerung vorgesehen, die auf die Fördereinheitsteuerung und Roboterwegsteuerung einzuwirken vermag. In diesem Fall ist die Fördereinheitsteuerung und Roboterwegsteuerung über die Gleichlaufsteuerung verbunden beziehungsweise diese beiden Steuerungen werden von der Gleichlaufsteuerung beherrscht. Dabei steht die Gleichlaufüberwachung mit der Gleichlaufsteuerung in Verbindung, da in der Gleichlaufüberwachung die Messdaten der verschiedenen Steuerungen eingehen und dort ausgewertet werden.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass Gleichlaufüberwachung und Gleichlaufsteuerung in einem Steuerungsmodul der Fertigungsanlage zusammengefasst sind. Diese beiden Elemente können aber auch getrennt voneinander ausgeführt und realisiert sein.
In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 in einer Draufsicht die erfindungsgemäße Anlage und
2 in einem Blockschaltbild eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt in einer Draufsicht eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Anlage. Im oberen Bereich ist eine Fördereinheit 1 gezeigt, auf welcher ein Werkstück 2, hier z. B. eine Automobilkarosse entlang des Förderweges 11 transportiert wird. Die Bewegungsrichtung des Werkstückes 2 ist dabei mit dem Pfeil 3 angegeben.
Für den Antrieb des Werkstückes 2 besitzt die Fördereinheit 1 einen Förderantrieb 5, auf welchem eine Fördereinheitsteuerung 4 Einfluß nimmt. Hierzu ist eine Verbindungsleitung angedeutet. In das Werkstück 2 wird mit Hilfe des Industrieroboters 6 ein Bauteil 8 eingesetzt. Dabei unterstützt der Industrieroboter 6 die Montage derart, dass das Bauteil 8 im Bereich des Werkstückes 2 positioniert wird, wobei gegebenenfalls auch die Montage bzw. der Einbau des Bauteiles 8 alternativ auch durch den Industrieroboter ausgeführt werden kann.
Erfindungswesentlich ist, dass diese Positionier- bzw. Einsetzbewegung des Industrieroboters 6 dann erfolgt, während sich sowohl das Werkstück 2 wie auch der Industrieroboter 6 auf dem Förderweg 11 oder dem Roboterweg 12 in Richtung deren Bewegungsrichtungen 3, 13 gleichartig und im wesentlichen parallel zueinander bewegen.
Das Bauteil 8 wird von einem mehrgelenkigen, aus mehreren Teilelementen bestehenden Arm 7 des Industrieroboters 6 gehalten bzw. geführt. Der Industrieroboter 6 ist dabei auf einem Roboterweg 12 längsverschieblich angeordnet und es ist auch ein Roboterantrieb 10 vorgesehen, der für eine Längsverschiebbarkeit in Richtung der Bewegungsrichtung 13 des Industrieroboters 6 sorgt. Es gibt hierzu eine Vielzahl von Antriebskonzepten, z. B. ein umlaufender Kettenantrieb, ein Kugelrollspielantrieb und dergleichen. Natürlich ist es auch möglich, dass ein Linearan trieb für den Industrieroboter 6 auf dem Roboterweg 12 vorgesehen ist, also der Roboter 6 selbstfahrend realisiert ist.
Der Roboterantrieb 10 kann daher auch an dem Industrieroboter 6 ausgeführt sein.
Für den Roboterantrieb 10 ist eine Roboterwegsteuerung 9 vorgesehen.
Es besteht eine Kopplung 14 zwischen der Fördereinheitensteuerung 4 und der Roboterwegsteuerung, 9, um zu erreichen, dass die Förderbewegung 3 des Werkstückes 2 auf dem Förderweg 11 gleichartig, insbesondere gleichschnell ist zu der Bewegung 13 des Industrieroboters 6 auf dem Roboterweg 12. Dadurch wird in dem sich bewegenden Bezugsystem eine relative Lageänderung des Bauteiles 8 zum Werkstück 2 gerade bei dessen Einbaubewegung oder Montagebewegung vermieden. In diesem sind die beiden Steuerungen 4, 9 gleichwertig und nehmen über die Kopplung 14 jeweils aufeinander Rücksicht.
Für eine exakte Steuerung der Einsatzbewegung des Bauteiles 8 in das Werkstück 2 ist eine Manipulatoreinheit 18 vorgesehen, die drahtgebunden oder drahtlos mit dem Industrieroboter 6 in Verbindung steht. Die Manipulatoreinheit 18 ist dabei derart mobil und für den Benutzer flexibel einsetzbar, dass der Benutzer z. B. eine Bedienperson in nächster Nähe zum Einbauort des Bauteiles 8 an dem Werkstück 2 ist und über die Manipulatoreinheit 18, aufgelagert auf die sonstigen Bewegungsdaten des Industrieroboters 6, die Einbaubewegung tatsächlich ausführt bzw. exakt unterstützt.
In 2 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Das Werkstück 2 wird dabei auf einer Auflage 16 in der Förder einheit 1 transportiert. Die Bewegung des Werkstückes 2 bzw. deren Auflage 16 wird durch einen Sensor 17 aufgenommen. Es kann sich dabei um einen Positions-, Bewegungs- oder Geschwindigkeitssensor 17 handeln.
Die von dem Sensor 17 ermittelten Daten werden an eine Gleichlaufüberwachung übergeben.
In gleicher Weise wird auch die Bewegung des Industrieroboters 6 auf dem Roboterweg 12 durch einen Sensor 15 überwacht. Auch dieser Sensor 15 ist z. B. als Bewegungs-, Positions- oder Geschwindigkeitssensor realisiert und liefert ebenfalls seine Daten an die Gleichlaufüberwachung.
Die Gleichlaufüberwachung wirkt zusammen mit einer Gleichlaufsteuerung. Die Gleichlaufüberwachung ist dabei z. B. als getrenntes Modul oder als mit der Gleichlaufsteuerung integriertes Modul ausgebildet. Ziel ist, dass die Bewegung des Werkstückes 2 und des Bauteiles 8 in den verschiedenen Fördersystemen derart parallel und gleichartig ist, dass eine hochgenaue Montage des Bauteiles 8 einerseits möglich ist und andererseits unter Umständen auftretende Geschwindigkeits- oder Positionsdifferenzen nicht zu einer Beschädigung oder sonstigen Beeinträchtigung der Fertigung führt.
Daher wirkt die Gleichlaufsteuerung einerseits auf die Fördereinheitensteuerung und andererseits auf die Roboterwegsteuerung und gleicht die jeweiligen Geschwindigkeiten bzw. Bewegungen aufeinander an.
Die Fördereinheitensteuerung wirkt daher auf den Antrieb 5 der Fördereinheit, die Roboterwegsteuerung liefert entsprechende Informationen für den Roboter an diesen und beeinflußt in geeigneter Weise den Roboterantrieb 10.
Der Regelsteuerkreis wird durch die jeweiligen Sensoren 15 und 17 wieder geschlossen.
Die Bewegung des Armes 7 des Industrieroboters 6 besteht einerseits aus der Fahrbewegung des Industrieroboters 6 und andererseits aus der Positionierbewegung des Bauteiles 8. Diese Positionierbewegung wird ausgeführt von einer Positionssteuerung, die entsprechende Positionierdaten dem Industrieroboter 6 zur Verfügung stellt. Dabei kann die Positionssteuerung auch entsprechende Eingabeinformationen aufgrund des Sensors 15 erhalten, um z. B. eine entsprechende Positionierbewegung in Abhängigkeit der jeweiligen Position des Industrieroboters 6 oder gegebenenfalls auch des Werkstückes 2 zu beginnen.
Die Positionssteuerung wirkt entsprechend eines vorgegebenen Programmes auf die Position des zu montierenden Bauteiles 8. Mit Hilfe der Manipulationseinheit 18 werden zusätzlich händische Bewegungsdaten in das System eingeprägt und so z. B. eine hochexakte Positionierung des Bauteiles 8 am Werkstück 2 ausgeführt. Daher wirken auch die von der Manipulationseinheit 18 erzeugten händischen Bewegungsdaten auf den Industrieroboter 6.
Im Fall, dass ein Notfall eintritt oder ein Fehler auftritt ist es wichtig, dass eine weitere Beschädigung des Werkstückes 2, des Bauteiles 8, des Industrieroboters 6 bzw. seines Armes 7 oder anderer Elemtene sowie auch ein mögliches Verletzungsrisiko für die Bedienperson aufgrund von Quetschrisiken minimiert wird.
Diese Risiken können dadurch entstehen, dass in einem "Not-Aus" oder einem "Fehler-Aus" Sequenz eine unterschiedliche Bewegung des Werkstückes 2 einerseits und des Bauteiles 8 erfolgen kann.
Daher wird erfindungsgemäß in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass im Falle eines "Not-Aus"- oder "Fehler-Aus"-Signales die Gleichlaufsteuerung entsprechend reagiert. Das heißt aufgrund des eingehenden "Not-Aus"- bzw. "Fehler-Aus"-Signales wird über die Gleichlaufsteuerung sowohl die Roboterwegsteuerung wie auch die Fördereinheitensteuerung durch eine kontrollierte, gegenseitig abgestimmte Abbremsbewegung konditioniert.
Gegebenenfalls vor der Abbremsbewegung oder auch gleichzeitig mit dieser erfolgt durch die Positionssteuerung eine Rückziehbewegung des Bauteiles 8 mit Hilfe des Armes 7, um das Risiko einer Kollision bei der Abbremsbewegung dadurch zu eliminieren, dass der Gegenstand 8 einfach aus dem Gefahrenbereich heraustransportiert wird. Daher wirkt in einem "Not-Aus" bzw. "Fehler-Aus"-Sequenz diese auch auf die Positionssteuerung.
Bevor eine entsprechende Bewegung durch den Arm des Industrieroboters ausgeführt wird und in einem "Not-Aus"- bzw. "Fehler-Aus"-Fall auch die Manipulationseinheit 18 deaktiviert. Dadurch ist es für einen Bediener nicht mehr möglich, entsprechend auf die Bewegung des Bauteiles 8 Einfluß zu nehmen und es erfolgt eine automatische Positionierung des Bauteiles 8 in einem Wartebereich, der außerhalb des Kollisionsbereiches mit dem Werkstück 2 liegt.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist des Weiteren auch ein Abstandssensor 19 vorgesehen, der z. B. mit der Gleichlaufsteuerung verbunden ist, das heißt seine Abstandsinformationen an die Gleichlaufsteuerung unmittelbar übermittelt. Natürlich ist es möglich, dass diese Abstandsdaten auch in die Gleichlaufüberwachung eingespeist und dort mit verarbeitet werden.
Der Einsatz des Abstandssensors 19 hat den Vorteil, dass die tatsächlichen Relationen am Einbauort des Bauteiles 8 am Werk stück 2 mit diesen überwacht werden können. Dabei ist natürlich zu beachten, dass auch eine Mehrzahl von Abstandssensoren 19 vorgesehen sind, um z. B. eine räumliche Positionskontrolle durchzuführen und für den Fall, dass hier entsprechende Toleranzwerte verletzt werden, über die Gleichlaufsteuerung die Roboterbewegung bzw. Fördereinheitensteuerung sinngemäß beeinflußt werden. Dabei ist auch grundsätzlich möglich, dass die Gleichlaufsteuerung nicht nur die Roboterwegsteuerung beeinflußt, sondern gegebenenfalls auch die Positionierung des Bauteiles 8 beeinflußt, also die Stellung des Armes 7 des Industrieroboters 6 beeinflußt.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
Es ist weiter zu beachten, daß die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage, bestehend aus einer Fördereinheit (1), durch welche ein Werkstück (2) entlang eines Förderweges (11) bewegbar ist und zumindest einem Industrieroboter (6), der entlang eines Roboterweges (12) bewegbar ist, wobei der Roboterweg (12) und der Förderweg (11) im Wesentlichen parallel sind und der Industrieroboter (6) sich mit dem Werkstück (2) bewegt und der Arm (7) des Industrieroboters (6) ein Bauteil (8) im Bereich des Werkstückes (2), z. B. zu Montage- oder Einbauzwecken positioniert oder der Arm (7) des Industrieroboters (6) ein Werkzeug trägt, welches der Bearbeitung des Werkstückes (2) dient.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (6) das Bauteil (8) an bzw. in das Werkstück (2) einbaut.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Industrieroboter (6) mitfahrendes Werkzeug für eine Bearbeitung oder Montage des Werkstückes (2) bzw. des Bauteils (8) dient.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Manipulatoreinheit (18) für den Industrieroboter (6), um dessen Positionier- oder Einbaubewegung für das Bauteil (8) oder die Bearbeitungsbewegung eines Werkzeuges insbesondere händisch zu steuern.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatoreinheit (18) an dem Industrieroboter (6) angeordnet ist.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatoreinheit (18) durch eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung mit dem Industrieroboter (6) verbunden ist und die Manipulatoreinheit (18) tragbar ausgebildet ist.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine, insbesondere durch die Manipulatoreinheit (18) geführte und gesteuerte Einsetzbewegung des Industrieroboters (6) bzw. des Armes (7) des Industrieroboters (6) für das Bauteil (8), insbesondere während der Förderbewegung des Werkstückes (2).
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Manipulatoreinheit (18) erzeugten Manipulationsdaten für die Positionier-, Einbau- oder Bearbeitungsbewegung des Industrieroboters (6) bzw. dem Arm (7) des Industrieroboters (6) den Fahrdaten für die Bewegung des Industrieroboters (6) bzw. des Armes (7) überlagert werden.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gleichartige Bewegung des Bauteils (8) und des Werkstückes (2).
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Abbremsen oder Beschleunigen der Bewegung des Werkstückes (2) und des Bauteils (8) bzw. des Industrieroboters (6) oder des Armes (7) des Industrieroboters (6).
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung der Bewegung des Werkstückes (2) in der Fördereinheit (1) eine Fördereinheitsteuerung (4) und für die Bewegung des Industrieroboters (6) auf dem Roboterweg (12) eine Roboterwegsteuerung (9) vorgesehen ist.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderereinheitsteuerung (4) und die Roboterwegsteuerung (9) miteinander gekoppelt sind.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gleichberechtigte Kopplung von Fördereinheitsteuerung (4) und Roboterwegsteuerung (9).
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fehler- oder Notaussignal die Kopplung der Bewegung von Industrieroboter (6) und Fördereinheit (1) bestehen bleibt.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fehler- oder Notaussignal der Industrieroboter (6) zunächst das Bauteil (8) oder den Arm (7) des Industrieroboters (6) aus dem Kollisionsbereich mit dem Werkstück (2) herausbringt und dann eine Abbremsung der Bewegung von Industrieroboter (6) und Fördereinheit (1) erfolgt.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fehler- oder Notaussignal die Manipulatoreinheit (18) deaktiviert wird.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gleichlaufüberwachung der Bewegung des Bauteils (8) bzw. des Industrieroboters (6) und des Werkstückes (2).
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Industrieroboter (6), insbesondere am vorderen, dem Werkstück (2) zugewandten Ende des Armes (7) des Industrieroboters (6) zumindest ein Abstandssensor (19) vorgesehen ist, der insbesondere den Abstand zum Werkstück (2) misst und insbesondere Teil der Gleichlaufüberwachung ist.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichlaufsteuerung vorgesehen ist, die auf die Fördereinheitsteuerung (4) und Roboterwegsteuerung (9) einzuwirken vermag.
Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichlaufüberwachung mit der Gleichlaufsteuerung in Verbindung steht.
Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungs- und/oder Fertigungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Steuerung der Bewegung des Werkstückes (2) in der Fördereinheit (1) eine Fördereinheitsteuerung (4) und für die Bewegung des Industrieroboters (6) auf dem Roboterweg (12) eine Roboterwegsteuerung (9) vorgesehen ist und laufend die Bewegung, insbesondere die Geschwindigkeit des Werkstückes (2) auf dem Förderweg (11) sowie die Bewegung, insbesondere die Geschwindigkeit des Industrieroboters (6) auf dem Roboterweg (12) miteinander verglichen und ausgeglichen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten eines Fehler- oder Notsignales eine kontrollierte, gleichlaufende Abbremsung der Bewegung des Werkstückes (2) und des Industrieroboters (6) erfolgt, insbesondere unter der Maßgabe eine relative Lageveränderung des Bauteils (8) zum Werkstück (2) zu minimieren oder zu vermeiden.