DE102008029063B4

DE102008029063B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen einer Applikationsstruktur auf ein Werkstück sowie zum Überwachen der Applikationsstruktur

Info

Publication number: DE102008029063B4
Application number: DE102008029063.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Deschler; Peter Hoffmann
Original assignee: Audi AG; Duerr Systems Wolfsburg GmbH
Current assignee: Audi AG; Duerr Systems Wolfsburg GmbH
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: DE102008029063A1

Abstract

Verfahren zum Aufbringen einer Applikationsstruktur (7), auf ein Werkstück (9), bei dem ein Bearbeitungskopf (1) zum Aufbringen der Applikationsstruktur (7) entlang einer Applikationsbahn verfahren wird, und die Applikationsstruktur (7) von einer Überwachungseinrichtung (14) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung einer konstanten Ausrichtung der Überwachungseinrichtung (14) mit Bezug auf die Applikationsstruktur (7) die Überwachungseinrichtung (14) beim Durchfahren einer Applikationsbahn-Kurve um einen Ausgleichswinkel (γ) geschwenkt wird, der einem Kurvenwinkel (β) der Applikationsbahn-Kurve entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Applikationsstruktur, etwa einer Schweißnaht oder einer Klebstoffraupe, auf ein Werkstück sowie zum Überwachen der Applikationsstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 4.
In der Großserienproduktion werden eine Vielzahl von Bearbeitungsprozessen von Robotern ausgeführt, die beispielhaft Klebstoff auf Fügeflächen von miteinander zu verklebenden Werkstücken auftragen. Zur Qualitätssicherung kann die erzeugte Kleberaupe mittels einer Überwachungseinrichtung optisch überwacht werden.
Aus der EP 1 640 101 A2 ist ein Verfahren zum Aufbringen und Überwachen einer Applikationsstruktur, etwa einer Schweißnaht oder einer Kleberaupe, auf einem Werkstück bekannt. In dem Verfahren wird über einen Roboter ein Auftragskopf entlang einer Applikationsbahn verfahren. Über den Auftragskopf wird eine Klebstoffraupe auf ein Werkstück aufgetragen. Zur Qualitätssicherung ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, bei der mittels einer Lichtquelle eine Lichtlinie auf die bereits aufgetragene Kleberaupe projiziert wird. Die Lichtlinie wird von einer Empfängeranordnung erfasst und zu einer Auswerteschaltung weitergeleitet (Profilverlauf).
Der Lichtgenerator und die Kamera können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Um eine fortlaufende Regelung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Lichtlinie der Bewegung des Bearbeitungskopfes folgt.
Problematisch bei der Überwachung der Applikationsstruktur ist eine gekrümmte Applikationsbahn, bei der trotz Richtungsänderung des Bearbeitungskopfes die auf die Applikationsstruktur projizierte Lichtlinie in konstant bleibender Ausrichtung zur Applikationsbahn bleiben soll. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 103 61 018 A1 bekannt, bei der über Winkelabstände verteilt drei Überwachungskameras um einen Bearbeitungskopf herum angeordnet sind. Die Kameras sind jeweils auf eine axiale Längsachse des Bearbeitungskopfes unmittelbar unterhalb des Werkstückes ausgerichtet, so dass der Fokus der einzelnen Kameras unmittelbar um den Bereich der Auftragseinrichtung angeordnet ist. Dadurch bleibt der von der jeweiligen Kamera erfasste Sichtbereich auch bei einer Kurvenfahrt stets konstant ausgerichtet zur Applikationsbahn. Bei dieser Vorrichtung sind die drei Kameras mit Bezug auf den Bearbeitungskopf ortsfest angeordnet. Bei einer Kurvenfahrt des Bearbeitungskopfes entlang der Applikationsbahn muss daher steuerungstechnisch aufwendig der den Bearbeitungskopf sowie die Überwachungseinrichtung tragende Roboterarm entsprechend der Richtungsänderung bei der Kurvenfahrt mitgeschwenkt werden.
Aus der EP 0 037 521 A2 ist eine gattungsgemäße Überwachungseinrichtung (Entfernungsmessgeber) bekannt, die sich mit einem abtastenden Messstrahl bei kontinuierlicher Drehbewegung bzw. oszillierender Bewegung um den Schweißkopf herumdreht. Der Messstrahl des Entfernungsmessgebers streicht nur jeweils in Zeitabständen über die Applikationsstruktur und generiert daraufhin jeweils Messwerte. Aus der DE 88 10 131 U1 ist eine Abtasteinrichtung bekannt, die in Schweißrichtung vor dem Schweißbrenner angeordnet ist und mit der eine theoretisch vorgegebene Schweißbahn gefolgt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen und Überwachen einer Applikationsstruktur, etwa einer Schweißnaht oder einer Klebstoffraupe auf einem Werkstück bereitzustellen, die eine konstante Ausrichtung der Überwachungseinrichtung mit der Applikationsstruktur auch bei einer Kurvenfahrt des Bearbeitungskopfes gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 4 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß wird bei einer Kurvenfahrt des Bearbeitungskopfes die Überwachungseinrichtung gegenüber dem Bearbeitungskopf um einen Schwenkwinkel bewegt, der einem Kurvenwinkel der Applikationsbahn entspricht. Die Überwachungseinrichtung ist daher erfindungsgemäß nicht ortsfest gegenüber dem Bearbeitungskopf angeordnet. Vielmehr kann sich die Überwachungseinrichtung bei der Kurvenfahrt des Bearbeitungskopfes so verlagern, dass deren Ausrichtung auf die Applikationsstruktur auch bei einer Kurvenfahrt konstant bleibt.
Bevorzugt kann sich die Überwachungseinrichtung auf einer Kreisbahn um eine Längsachse des Bearbeitungskopfes herum bewegen. In diesem Fall kann die Überwachungseinrichtung auf einem entsprechend drehbar gelagerten Trägerelement angeordnet sein, der sich in einer Kreisbahn um die Längsachse des Bearbeitungskopfes schwenken kann.
Das Trägerelement kann fertigungstechnisch einfach unmittelbar am Außenumfang des Bearbeitungskopfes gelagert sein. In diesem Fall kann sich das Trägerelement über Radial- und Axiallager entsprechend auf einem Nabenabschnitt des Bearbeitungskopfes abstützen.
Eine Drehbewegung des Trägerelementes entlang der Kreisbahn kann mittels eines Stellantriebes gesteuert werden, der wiederum von einer zentralen Steuerungseinrichtung ansteuerbar ist.
Zur Überwachung eines Querprofils der langgestreckten Applikationsstruktur, etwa einer Schweißnaht oder einer Klebstoffraupe kann die Überwachungseinrichtung einen Lichtliniengenerator aufweisen, der in einem vorgegebenen Winkel zur Applikationsbahn eine Lichtlinie auf die Applikationsstruktur projiziert. Die projizierte Lichtlinie folgt der Profilkontur der Klebstoffraupe oder der Schweißnaht und wird mittels eines Sensors, etwa einer Kamera, erfasst. Die erfassten Bilddaten können dann mit entsprechenden Referenzdaten verglichen werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren gezeigt.
Es zeigen:
1 in einer schematischen Seitenansicht einen Bearbeitungskopf zum Applizieren einer Klebstoffraupe auf einer Werkstückoberfläche; und
2 in einer schematischen Ansicht von oben den entlang der Applikationsbahn fahrenden Bearbeitungskopf zu verschiedenen Zeitpunkten.
In der 1 ist grob schematisch ein Bearbeitungskopf 1 mit langgestreckter Düse 3 gezeigt, deren Mundstück 5 geringfügig von einer zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstückes 9 beabstandet ist. Der Bearbeitungskopf 1 trägt eine Klebstoffraupe 7 auf das Werkstück 9 auf. Hierzu fährt der Bearbeitungskopf entlang einer vorgegebenen Soll-Applikationsbahn. Der Bearbeitungskopf 1 wird hierzu mittels einer Bearbeitungsmaschine 11, etwa eines mehrachsigen Roboters, entlang der in einer Steuereinrichtung 13 gespeicherten Soll-Applikationsbahn geführt.
Zur Qualitätskontrolle wird ein Querprofil der Klebstoffraupe 7 mittels einer Überwachungseinrichtung überprüft. Diese weist einen Lichtliniengenerator 15 auf, der unmittelbar hinter dem Mundstück 5 des Bearbeitungskopfes 1 eine Laserlichtlinie bzw. Lichtlinie 16 in Querrichtung auf die Klebstoffraupe 7 projiziert. Der Lichtliniengenerator 15 ist am Bearbeitungskopf 1 angebaut und kann somit über die gesamte Klebstoffraupe 7 fahren. Mittels der Laserlichtlinie 16 wird die Höhenkontur der Klebstoffraupe 7 erfasst. Eine in Querrichtung variierende Höhenkontur bewirkt eine Auslenkung der Laserlichtlinie 16 in Höhenrichtung. Die Laserlichtlinie 16 wird von zumindest einer Kamera 17 erfasst, die die Bilddaten zur Steuereinrichtung 13 leiten, in der diese trigonometrisch korrigiert und ausgewertet werden (zweidimensionale Klebstoffraupen-Kontur). Durch kontinuierliches Erfassen der zweidimensionalen Laserlichtlinie 16 entlang der Klebstoffraupe 7 wird eine dreidimensionale Vermessung der Klebstoffraupe 7 realisiert.
Bei der kontinuierlichen Überwachung der Klebstoffraupen-Kontur in Querrichtung ist eine stets konstante Ausrichtung des Lichtliniengenerators 15 gegenüber der Klebstoffraupe 7 erforderlich. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich die Laserlichtlinie 16 stets in einem vorgegebenen Messwinkel α zur Längsachse der Klebstoffraupe 7 befindet. Der Messwinkel α beträgt bei der oben beschriebenen Überwachung der Quer-Kontur 90°.
Der Lichtliniengenerator 15 sowie die Kamera 17 sind auf einem ringförmigen Trägerelement 19 angeordnet, das auf einem Lagerabschnitt 21 des Bearbeitungskopfes 1 drehbar gelagert ist. Die hierzu notwendigen Radial- und Axiallager zur Drehlagerung des Trägerelementes 19 sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Der Lichtliniengenerator 15 sowie die Kamera 17 sind daher um eine in der 2 angedeutete Kreisachse 23 in einem 360°-Winkel um die Längsachse 25 des Bearbeitungskopfes 1 bewegbar, und zwar bewegungsentkoppelt vom Bearbeitungskopf 1. Der Lichtliniengenerator 15 sowie die Kamera 17 können daher bei einer nachfolgend anhand der 2 beschriebenen Kurvenfahrt gegenüber dem Bearbeitungskopf 1 geschwenkt werden, um den Messwinkel α zwischen der Laserlichtlinie 16 und der Längsachse der Klebstoffraupe 7 aufrecht zu erhalten.
In der 2 ist eine Kurvenfahrt des Bearbeitungskopfes 1 entlang der vorgegebenen Klebstoffraupe 7 gezeigt. Die Lage des entlang der Klebstoffraupe 7 fahrenden Bearbeitungskopfes 1 ist hier zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten I, II und III wiedergegeben.
Im Zeitpunkt I ist der Bearbeitungskopf 1 in Geradeausfahrt noch ohne Richtungsänderung der vorgegebenen Klebstoffraupe 7 gezeigt. Der Messwinkel α zwischen der Klebstoffraupe 7 und der Laserlichtlinie 16 liegt bei 90°. Eine Mittelachse 27 der Überwachungseinrichtung 14 ist achsparallel zur Längsachse der Klebstoffraupe 7 ausgerichtet.
Zum Zeitpunkt II ist der Bearbeitungskopf 1 bereits in einer Kurvenfahrt entlang der vorgegebenen Klebstoffraupe 7 gezeigt, die gemäß der 2 um 90° gekrümmt ist.
Der Kurvenwinkel β der Applikationsbahn ändert sich daher ausgehend von 0 bei der Kurveneinfahrt bis zu 90° bei der Kurvenausfahrt. Entsprechend wird bei der Kurvendurchfahrt des Bearbeitungskopfes 1 die Überwachungseinrichtung 14 um einen Ausgleichswinkel γ nachgestellt, so dass die Laserlichtlinie 16 stets konstant ausgerichtet zur Klebstoffraupe 7 bleibt. Der Zeitpunkt III zeigt den Bearbeitungskopf 1 nach der Kurvenausfahrt, in der die Überwachungseinrichtung 14 um einen Ausgleichswinkel γ von 90° gegenüber der Ausgangssituation im Uhrzeigersinn verstellt ist.
Im Gegensatz zur Überwachungseinrichtung 14 wird der Bearbeitungskopf 1 bewegungsentkoppelt davon entlang der Klebstoffraupe 7 gezogen. So verfährt der Bearbeitungskopf in gleichbleibender Schwenkposition entlang der Klebstoffraupe 7, in der sowohl die x-Achse als auch die y-Achse stets in konstanter Lage verbleiben.

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Applikationsstruktur (7), auf ein Werkstück (9), bei dem ein Bearbeitungskopf (1) zum Aufbringen der Applikationsstruktur (7) entlang einer Applikationsbahn verfahren wird, und die Applikationsstruktur (7) von einer Überwachungseinrichtung (14) überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung einer konstanten Ausrichtung der Überwachungseinrichtung (14) mit Bezug auf die Applikationsstruktur (7) die Überwachungseinrichtung (14) beim Durchfahren einer Applikationsbahn-Kurve um einen Ausgleichswinkel (γ) geschwenkt wird, der einem Kurvenwinkel (β) der Applikationsbahn-Kurve entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (1) drehfest gegenüber der Überwachungseinrichtung (14) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (14) auf einer Kreisbahn (23) um eine Längsachse (25) des Bearbeitungskopfes (1) bewegt wird.
Vorrichtung zum Aufbringen einer Applikationsstruktur (7), insbesondere eine Schweißnaht oder eine Kleberaupe auf einem Werkstück (9) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Bearbeitungskopf (1) zum Aufbringen der Applikationsstruktur (7) und einer Überwachungseinrichtung (14), die die aufgebrachte Applikationsstruktur (7) überwacht, wobei die Überwachungseinrichtung (14) auf einem Trägerelement (19) angeordnet ist, das sich um eine Längsachse (25) des Bearbeitungskopfes (1) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung einer konstanten Ausrichtung der Überwachungseinrichtung (14) mit Bezug auf die Applikationsstruktur (7) die Überwachungseinrichtung (14) beim Durchfahren einer Applikationsbahn-Kurve um einen Ausgleichswinkel (γ) schwenkbar ist, der einem Kurvenwinkel (β) der Applikationsbahn-Kurve entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (14) auf einer Kreisbahn (23) um die Längsachse (25) des Bearbeitungskopfes (1) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (19) drehbar am Außenumfang des Bearbeitungskopfes (1) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (19) auf einem Lagerabschnitt (21) des Bearbeitungskopfes (1) sitzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung des Trägerelements (19) mittels eines Stellantriebes steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (14) einen Lichtliniengenerator (15) aufweist, der in einem vorgegebenen Winkel (α) zu einer Applikationsbahn eine Lichtlinie (16) auf die Applikationsstruktur (7) projiziert, und die projizierte Lichtlinie (16) mittels eines Sensors (17) erfasst und weiterverarbeitet.