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Die
Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum maßhaltigen
Rollfalzen eines Bauteils.
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Bekannte
Anlagen zum Rollfalzen von Bauteilen weisen generell zumindest eine
Rollfalzvorrichtung mit einem Rollfalzkopf, eine Aufnahmevorrichtung
für das Bauteil und eine Steuerung für zumindest
die Rollfalzvorrichtung mit dem Rollfalzkopf auf. Die Qualität
der Bauteilfalzkante, die in einem roboter-basierten Rollfalzprozess
gefertigt wird, hängt dabei einerseits von Bauteiltoleranzen
bzw. Toleranzen bei der Positionierung des oder der Bauteile, andererseits
von Ungenauigkeiten des ausführenden Robotersystems ab.
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Um
die Falzkantenqualität zu verbessern, sind aus dem Stand
der Technik Verfahren bekannt, die auf der Verarbeitung bzw. der
Anzeige der beim Rollfalzprozess auftretenden Kräfte basieren.
Deren Nachteile liegen in der ausschließlich manuellen
Optimierung der Falzapplikation, wobei eine starke Abhängigkeit
bezüglich der Erfahrung des Programmierers besteht, während
nur begrenzte Reaktionsmöglichkeiten auf Bauteiltoleranzen
vorhanden sind.
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So
beschreibt die
WO
2005/039836 A2 ein Verfahren zur Einrichtung der Bewegung
eines Handhabungsgeräts, mit dem der Bewegungsablauf des
Handhabungsgeräts flexibel an die Bewegung eines zu bearbeitenden
Objekts angepasst oder selbsttätig geändert werden
kann. Dazu wird der Steuerung des Handhabungsgeräts, das
ein Roboter sein kann, ein optisch erkennbares Objekt und ein darauf
bezogener Bewegungsablauf vorgegeben, wobei ein Bewegungs- bzw.
Arbeitsbereich des Handhabungsgeräts mit einer Kamera aufgenommen
wird und das von der Kamera aufgenommene Bild von einer Bildverarbeitung
ausgewertet wird. Die Steuerung oder die Bildverarbeitung berechnet
basierend auf dieser Auswertung einen Steuerbefehl für das
Handhabungsgerät und gibt diesen an die Stellglieder aus.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können insbesondere robotergesteuerte
Bewegungsabläufe an einem bewegten Objekt ausgeführt
werden.
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Aus
der
DE 10 2007
024 777 A1 ist eine Rollfalzvorrichtung zum Rollfalzen
von Blechbauteilen bekannt, die flexibler ist und kürzere
Bearbeitungszeiten erfordert, als die kamerabasierte Vorrichtung. Die
Rollfalzvorrichtung umfasst dazu einen Industrieroboter mit einem
von einer Robotersteuerung gesteuert bewegbaren, an einem Roboterarm
angeordneten Rollfalzkopf und ein Blechbauteilauflagebett zur Aufnahme
des Blechbauteils. Dieses wird während des Rollfalzprozesses
gesteuert bewegt bzw. gedreht, wobei der Industrieroboter den Rollfalzprozess
in mehreren Falzstufen durchführt. Diese Rollfalzvorrichtung
ist ferner auch mit einem Sensor zur Ermittlung einer Radialkraft
der Falzrolle des Rollfalzkopfs auf die Blechkante des Bauteils
ausgestattet.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine
verbesserte Anlage zum Rollfalzen eines Bauteils bereitzustellen,
die es erlaubt, den Rollfalzprozess unabhängig von Bauteil- und/oder
Positionierungstoleranzen maßhaltig ausführen
zu können und die Qualität des Rollfalzes zu verbessern
und Ausschuss zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird durch die Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Entsprechend
ist es anzustreben, ein verbessertes Rollfalzverfahren bereitzustellen,
das hochpräzise Falze in möglichst kurzer Bearbeitungszeit
bereitstellt.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5
gelöst.
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Weiterbildungen
der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
ausgeführt.
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Eine
erfindungsgemäße Anlage zum maßhaltigen
Rollfalzen eines Bauteils umfasst eine Rollfalzvorrichtung mit einem
Rollfalzkopf, eine Aufnahmevorrichtung für das Bauteil
sowie eine Steuerung, mit der zumindest die Rollfalzvorrichtung
mit dem Rollfalzkkopf angesteuert werden kann. Solche Anlagen können
auf den im Stand der Technik bekannten Robotereinrichtungen basieren,
bei denen der Rollfalzkopf und/oder die Aufnahmevorrichtung mittels Roboterarmen
durch die Robotersteuerung gesteuert werden. Zum Rollfalzen werden
die Rollfalzvorrichtung und das in der Aufnahmevorrichtung angeordnete
Bauteil in einer Soll-Position zueinander positioniert, wobei sich
die Soll-Position auf einen vorgegebenen Abstand und eine vorgegebene
Neigung des Rollfalzkopfs in Bezug auf die vorbestimmte Falzkante
an dem Bauteil bezieht.
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Des
Weiteren wird eine Führung des Rollfalzkopfs in der Soll-Position
entlang einem Verlauf der vorbestimmten Falzkante des Bauteils bereitgestellt,
indem für eine Relativbewegung zwischen der Rollfalzvorrichtung
und dem in der Aufnahmevorrichtung angeordneten Bauteil gesorgt
wird. Dazu kann sich entweder die Rollfalzvorrichtung mit dem Rollfalzkopf
entlang dem vorbestimmten Kantenverlauf des Bauteils bewegen, alternativ
kann aber auch das Bauteil durch eine bewegliche Aufnahmevorrichtung entlang
dem Rollfalzkopf geführt werden. Schließlich umfasst
die erfindungsgemäße Anlage eine mit der Steuerung
operativ gekoppelte Sensorvorrichtung, die einen berührungslos
arbeitenden Messaufnehmer umfasst, über den der Verlauf
der vorbestimmten Falzkante aufgenommen werden kann.
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Die
Sensorvorrichtung ist dabei entweder an der Rollfalzvorrichtung
oder der Aufnahmevorrichtung angeordnet und erfasst für
die Aufnahme des Verlaufs der vorbestimmten Falzkante eine Ist-Position
der Rollfalzvorrichtung in Bezug auf das in der Aufnahmevorrichtung
angeordnete Bauteil, so dass durch die operative Kopplung der Sensorvorrichtung mit
der Steuerung der Rollfalzanlage eine erfasste Abweichung der Ist-Position
von der Soll-Position korrigiert werden kann, indem die Rollfalzvorrichtung mit
dem Rollfalzkopf bzw. die Aufnahmevorrichtung entsprechend angesteuert
wird.
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Der
Messaufnehmer kann dabei vorzugsweise ein optischer oder ein optoelektronischer
Sensor sein, mit dem beispielsweise eine Reflexionsmessung zur Abstandsbestimmung
durchgeführt werden kann.
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Die
Sensorvorrichtung kann schwenkbar angeordnet sein, so dass durch
den Messaufnehmer auch mehrere verschiedene Soll-Positionen erfasst werden
können, falls beispielsweise der Rollfalzkopf mehrere Walzen
für verschiedene Rollfalzstufen umfasst.
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Eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum maßhaltigen Rollfalzen des Bauteils, das
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage
durchgeführt werden kann, bezieht sich darauf, dass die
Rollfalzvorrichtung mit dem Rollfalzkopf und das in der Aufnahmevorrichtung
angeordnete Bauteil in einer Soll-Position zueinander positioniert
werden sollen, damit der Rollfalzkopf in dieser Soll-Position das
Bauteil entlang einem vorbestimmten Falzkantenverlauf falzen kann,
indem zwischen der Rollfalzvorrichtung bzw. dem Rollfalzkopf und
dem in der Aufnahmevorrichtung angeordneten Bauteil eine Relativbewegung
erzeugt wird.
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Tatsächlich
werden jedoch vielfach die Rollfalzvorrichtung und das Bauteil nicht
in der exakten Soll-Position zueinander positioniert, wenn beispielsweise
die Bauteile aufgrund von Fertigungstoleranzen voneinander abweichen
oder auch in ihrer Anlage in der Aufnahmevorrichtung variieren.
Um nun trotzdem ein maßhaltiges Rollfalzen des Bauteils
zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß die
Ist-Position der Rollfalzvorrichtung und des in der Aufnahmevorrichtung
angeordneten Bauteils durch die Sensorvorrichtung erfasst, die entweder
an der Rollfalzvorrichtung oder der Aufnahmevorrichtung angeordnet
ist. Die Erfassung der Ist-Position wird dabei durch einen Messaufnehmer,
der Teil der Sensorvorrichtung ist, durchgeführt, indem
dieser den Verlauf der vorbestimmten Falzkante aufnimmt. Eine entsprechende Messgröße
des Messaufnehmers wird dabei in elektronische Signale gewandelt,
die in die mit der Sensorvorrichtung gekoppelte Steuerung übertragen werden.
Diese kann daraus eine Abweichung der erfassten Ist-Position von
der vorgesehenen Soll-Position feststellen und diese Abweichung
korrigieren, indem sie einen entsprechenden Steuerungsbefehl entweder
an die Rollfalzvorrichtung mit dem Rollfalzkopf oder die Aufnahmevorrichtung
ausgibt, so dass der Rollfalzkopf entlang dem vorbestimmten Falzkantenverlauf
nachgeführt wird und die Falzkante des Bauteils somit maßhaltig
gefalzt wird.
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Eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens umfasst das Programmieren einer Falzbahn in der Robotersteuerung,
die dem Verlauf der vorbestimmten Falzkante entspricht und der entsprechend
die Relativbewegung zwischen Rollfalzvorrichtung mit Rollfalzkopf
und der Aufnahmevorrichtung ausgeführt wird.
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In
einem weiteren Schritt kann dabei in einer Lernfahrt für
den Sensor die Relativbewegung ausgeführt werden, indem
entsprechend die Rollfalzvorrichtung und/oder die Aufnahmevorrichtung
durch die Robotersteuerung bewegt werden, so dass der Rollfalzkopf
entlang der programmierten Falzbahn geführt wird, wobei
die Sensorvorrichtung mit dem Messaufnehmer den Falzkantenverlauf
in Bezug auf die programmierte Falzbahn erfasst, woraufhin die Steuerung
automatisch die programmierte Falzbahn in Bezug auf den erfassten
Falzkantenverlauf korrigiert. Mit dieser automatischen Korrektur
der Roboterfalzbahn, die auf einer vorzugsweise optischen Erkennung
der Falzkante basiert, kann somit die Falzapplikation unabhängig
von Bauteil- oder Positionierungstoleranzen unter Verbesserung der
Falzqualität sowie Reduktion des Ausschusses ausgeführt
werden. Es ist keine manuelle Optimierung durch einen Programmierer
erforderlich, Bauteiltoleranzen werden automatisch erkannt und durch
Nachführen der Rollfalzanlage zur Fertigung des maßhaltigen
Rollfalzens ausgeglichen.
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Diese
und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des
Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
teilperspektivische Seitenansicht auf eine Rollfalzanlage des Standes
der Technik in Soll-Position,
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2 eine
Ansicht entsprechend 1 in einer von der Soll-Position
abweichenden Ist-Position, die kein maßhaltiges Rollfalzen
gestattet,
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3 eine
teilperspektivische Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße
Rollfalz-Anlage, in der eine von der Soll-Position abweichende Ist-Position von
der Sensorvorrichtung erfasst wird,
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4 eine
teilperspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Rollfalzanlage in einer zweiten Soll-Position,
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5a eine
perspektivische Detailansicht eines in einer ersten Soll-Position
vorgefalzten Bauteils,
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5b eine
Ansicht entsprechend 5a eines fertig gefalzten Bauteils,
was durch eine Soll-Position entsprechend 4 ausführbar
ist.
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Eine
Anlage gemäß dem Stand der Technik zum Rollfalzen
eines Bauteils ist in 1 und 2 dargestellt.
Die Rollfalzvorrichtung 1 mit dem Rollfalzkopf 2 ist
dabei in 1 in einer Soll-Position angeordnet,
in der die Falzrolle 6 das in der Aufnahmevorrichtung 3 aufgenommene
Bauteil 10 kontaktiert, um die Falzkante 11 zu
falzen. Die Rollfalzvorrichtung 1 wird dabei durch einen
angedeuteten Roboterarm 8 geführt. Ein Rollfalzkopf 2 kann
auch noch weitere Falzrollen 7, 7' aufweisen.
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In 2 ist
dieselbe Anlage dargestellt, jedoch ist hier die Rollfalzvorrichtung 1 mit
dem Rollfalzkopf 2, geführt durch den Roboterarm 8,
in einer Ist-Position angeordnet, in der die Falzrolle 6 mit
einem Abstand A, der von der Soll-Position aus 1 abweicht,
von der zu fertigenden Rollfalzkante 11 des Bauteils 10 abweichend
positioniert ist. Diese Abweichung A kann entweder durch Toleranzen
des Bauteils 10, Toleranzen der Positionierung des Bauteils 10 oder
durch Ungenauigkeiten des positionierenden Roboterarms 8 auftreten.
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Erfindungsgemäß werden
nun diese abweichenden Ist-Positionen, wie in 3 dargestellt, durch
eine hier an der Rollfalzvorrichtung 1 angeordnete Sensorvorrichtung 4 erfasst,
die einen in Falzrichtung voraus liegenden Verlauf der Falzkante 11 erfasst,
dargestellt durch die „Blickrichtung” S, wobei der
durch die Sensorvorrichtung 4 erfasste, voraus liegende
Verlauf der Falzkante 11 mit entsprechenden, ihn charakterisierenden
Parametern, wie etwa Abständen zu Lagepunkten an der zu
falzenden Kante 11, an die mit der Sensorvorrichtung 4 gekoppelte (in 3 nicht
dargestellte) Steuerung der robotergesteuerten Rollfalzvorrichtung 1 übermittelt
wird, dort ausgewertet wird, woraufhin der Rollfalzkopf 2 bei
Vorliegen einer Abweichung, wie in 3 dargestellt,
durch korrigierte Ansteuerung des Roboterarms 8 dem tatsächlichen
Falzkantenverlauf nachgeführt wird, so dass die Falzrolle 6 die
Falzkante 11 des Bauteils 10 maßhaltig
korrekt falzen kann.
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Mit
der hier dargestellten Position des Rollfalzkopfs 2 kann
das Bauteil 10 vorgefalzt werden, um einen Vorfalz zu erhalten,
wie in 5a dargestellt, durch den zwei
Bauteile 10 und 10' verbunden werden. Schon in
dieser Vorfalzstufe hängt die Maßhaltigkeit des
Falzes stark von der Lage bzw. Position der Vorfalzkante 11' ab.
Bereits hier ist das Ergebnis nach ausgeführtem Vorfalzen
nicht mehr korrigierbar.
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Eine
weitere in 4 dargestellte Soll-Positionierung,
in der die Falzrollen 7, 7' entlang der Falzkante 11 geführt
werden, wobei dies hier durch die geschwenkte Sensorvorrichtung 4 ebenfalls
entlang des Falzverlaufs im Voraus verfolgt und gegebenenfalls korrigiert
wird, ist zur Ausführung eines Fertigfalzes geeignet, welcher
in 5b im Ausschnitt zu sehen ist. Gegebenenfalls
kann eine weitere Vorfalzstufe vorgesehen sein, in der der Rollfalzkopf 2 noch eine
weitere Soll-Position einnehmen kann, die ebenfalls mit der Sensorvorrichtung überwacht
und gegebenenfalls korrigiert werden kann.
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Nachdem
entsprechend dem Stand der Technik die Falzbahn in der Robotersteuerung
zur Ausführung der Relativbewegung entlang dem vorgesehenen
Falzkantenverlauf programmiert wurde, kann mit der Sensorvorrichtung
eine Lernfahrt durchgeführt werden, wobei der tatsächliche
Falzkantenverlauf in Bezug auf die Roboterbahn mitgeschrieben wird.
Daraufhin kann die Sensorvorrichtung bzw. deren Messaufnehmer in
einem Automatikbetrieb den jeweiligen Falzkantenverlauf einige Zentimeter
vor dem Rollfalzkopf in Bezug auf die Relativbewegung, d. h. den
noch ungefalzten Bauteilabschnitt, der zum Falzen vorgesehen ist,
erfassen und bei Bedarf die Roboterbahn korrigieren. Somit führt
die Falzkopfbahn durch den Sensor, der vorzugsweise ein berührungsloser
bzw. optischer Sensor ist, immer korrekt bzw. korrigiert entlang
der vorgesehenen Falzkante, auch wenn das Bauteil Toleranzen aufweist
bzw. mit Toleranz positioniert ist.
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Ein
geeigneter kontaktloser Messaufnehmer kann somit ein optischer oder
auch optoelektronischer Sensor sein, der optische Informationen über den
Falzkantenverlauf in elektrisch auswertbare Signale umwandelt. Dabei
kann etwa eine Abstandsmessung, in einer einfachen Ausführung
etwa durch Reflexion, vorgenommen werden, bei der der Abstand des
zu falzenden Bauteilabschnitts an einer bestimmten Stelle vor dem
Rollfalzkopf zu dem Messaufnehmer erfasst wird. Der Fachmann weiß,
wie er einen Sensorkopf mit Lichtleitfasern ausstatten kann, der
zugleich Licht emittierende und Licht aufnehmende Fasern aufweist
und damit ein hochpräzises Werkzeug mit kleinstmöglichem
Messkopf zu schaffen. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung
einer Entfernung zu einem rückstrahlenden Objekt ist etwa
in der
DE 10 2007
005 187 B4 beschrieben.
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Mit
einer mittels der Lernfahrt erfolgten Kalibrierung des Falzkantenverlaufs
in Bezug auf die Falzbahn können so die erhaltenen optoelektronischen
Signale direkt als Vergleichsgröße in die Steuerung
eingehen, im Gegensatz zu einem von einer Kamera aufgenommenen Bild,
welches durch eine Bildverarbeitung aufbereitet werden muss, bevor
die entsprechenden Verlaufsdaten der Rollfalzkante ermittelt werden
und die Robotersteuerung die Nachkorrektur vornehmen kann.
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So
kann ein wie in 3 dargestelltes, in der Aufnahmevorrichtung 3 angeordnetes
Bauteil 10 mit einem maßhaltigen Rollfalz ausgestattet
werden, indem eine von der Soll-Position abweichende Ist-Position
der Rollfalzvorrichtung 1 durch die Sensorvorrichtung 4 erfasst
wird, die erfasste Abweichung in die Steuerung der Rollfalzvorrichtung 1 übertragen wird
und dort durch entsprechende Ansteuerung des Roboterarms 8,
an dem der Rollfalzkopf 2 angeordnet ist, korrigiert wird.
So kann der Rollfalzkopf 2 entlang dem Verlauf der vorbestimmten
Falzkante 11 geführt werden, wobei ständig
der vorbestimmte Falzkantenverlauf 11 durch die Sensorvorrichtung 4 erfasst
wird und gegebenenfalls festgestellte Abweichungen durch die mit
der Sensorvorrichtung 4 gekoppelte Steuerung nachkorrigiert
werden. Da die Sensorvorrichtung 4 über eine Schwenkanordnung 5 beweglich
angeordnet ist, kann sie auch in anderen Soll-Positionen erfindungsgemäß verwendet
werden, wenn beispielsweise, wie in 4 dargestellt,
der Rollfalzkopf 2 in einer anderen Soll-Position an dem Bauteil 10 geführt
wird und die Sensorvorrichtung mittels der Schwenkanordnung 5 derart
positioniert wird, dass sie wiederum den zu falzenden Bereich vor
dem Rollfalzkopf 2 erfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/039836
A2 [0004]
- - DE 102007024777 A1 [0005]
- - DE 102007005187 B4 [0035]