DE102013000743A1

DE102013000743A1 - Vorrichtung für eine geführte Applikation entlang einer Applikationsbahn auf einem Gegenstand und Verfahren

Info

Publication number: DE102013000743A1
Application number: DE201310000743
Authority: DE
Inventors: Thomas Diehl; Stefan Meier; Mathias Richter; Stefan Schmidgall
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) für eine geführte Applikation entlang einer Applikationsbahn auf einem Gegenstand (3), vorzugsweise einer Fahrzeugkarosserie, mit einem in Bezug auf mindestens zwei Achsen (A1, A2, A3, A4, A5, A6) beweglich geführten Applikator (5) und mindestens einem gemeinsam mit dem Applikator (5) entlang der Applikationsbahn verlagerbaren Sensor (7, 9) zur Erfassung von Daten im Bereich der Applikationsbahn vorgeschlagen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Sensoren (7, 9) zugleich mit dem Applikator (5) aktivierbar sind, wobei der aktivierte Applikator (5) gemeinsam mit den aktivierten Sensoren (7, 9) entlang der Applikationsbahn verlagerbar ist, und dass ein erster Sensor (7) – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator (5) voreilend vorgesehen ist, wobei der Applikator (5) während der Applikation auf Grundlage der ebenfalls während der Applikation durch den ersten Sensor (7) erfassten Daten entlang der Applikationsbahn führbar ist, und dass ein zweiter Sensor (9) – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator (5) nacheilend vorgesehen ist. Auf Basis der durch die Sensoren (7, 9) erfassten Daten kann eine entlang der Applikationsbahn applizierte Menge der pastösen Masse ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine geführte Applikation entlang einer Applikationsbahn gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur geführten Applikation entlang einer Applikationsbahn gemäß Anspruch 8.
Vorrichtungen und Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Für viele Arten von Applikationen ist es wichtig, dass eine Position eines Applikators und/oder ein Prozessparameter der Applikation abhängig von einem bearbeiteten Bauteil, insbesondere von Toleranzen in einer Serienfertigung, von einer konkreten Bauteil-Charge und weiteren Bedingungen korrigiert werden kann/können. Beispielsweise sind aus der DE 10 2007 036 585 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei denen ein mehrachsig beweglicher Applikator, nämlich eine Auftragvorrichtung für ein Dichtmittel an einem in Montagestellung an einer Fahrzeugkarosserie befindlichen Anbauteil, einen gemeinsam mit dem Applikator entlang einer Applikationsbahn verlagerbaren Sensor umfasst, der einer Erfassung von Daten im Bereich der Applikationsbahn dient. Dabei zeigt sich, dass der Sensor in zwei verschiedenen Funktionsstellungen angeordnet wird: In einer ersten Funktionsstellung folgt er Handachsenbewegungen und gegebenenfalls auch Bewegungen von Roboterarmachsen eines Roboterarms, an welchem er angeordnet ist, entlang einer vorherbestimmten Applikationsbahn, um Bauteilkanten abzutasten. Hierbei ist der Applikator inaktiv. Aus den so vor der eigentlichen Applikation erfassten Messdaten wird die exakte Form, Lage und Orientierung des Gegenstands, auf den die Applikation aufgebracht werden soll, ermittelt. In seiner zweiten Funktionsstellung weist der Sensor eine eingeschränkte Kinematik auf, und er ist inaktiv. In dieser Funktionsstellung des Sensors wird die eigentliche Applikation auf der Grundlage der in dem ersten Schritt gewonnenen Daten durchgeführt. Die Anordnung des Sensors in den beiden Funktionsstellungen ist nötig, weil dieser einen großen Bauraum mit erheblicher Störkontur aufweist. Er kann daher nicht unmittelbar an dem Applikator vorgesehen sein, und es ist nicht möglich, ihn zugleich mit dem Applikator in Hinblick auf alle Freiheitsgrade der Applikation zu bewegen. Es erfolgt letztlich eine Führung des Applikators entlang der Applikationsbahn auf der Grundlage von zuvor in einem separaten Schritt gewonnenen Daten. Eine aktuelle Korrektur beziehungsweise Online-Führung des Applikators auf der Applikationsbahn ist so nicht möglich. Ebenso ist es nicht möglich, online während der Applikation eine Qualität derselben zu beurteilen. Daher kann auch nicht steuernd oder regelnd in den Applikationsprozess eingegriffen werden, weil keine Daten über die aktuelle Applikationsqualität vorliegen. Vielmehr ist eine Qualitätskontrolle nur nach durchgeführter Applikation möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe eine Online-Führung eines Applikators und eine Online-Beurteilung der Qualität einer Applikation auf der Grundlage von aktuell während der Applikation ermittelten Daten möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Sensoren zugleich mit dem Applikator aktivierbar sind, wobei der aktivierte Applikator gemeinsam mit den aktivierten Sensoren entlang der Applikationsbahn verlagerbar ist. Dabei ist ein erster Sensor – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator voreilend vorgesehen ist. Der erste Sensor ist – vorzugsweise unmittelbar an dem Applikator – so angeordnet, dass er – entlang der Applikationsbahn gesehen – dem Applikator vorauseilend geführt wird. Der Applikator ist während der Applikation auf Grundlage der ebenfalls während der Applikation durch den ersten Sensor erfassten Daten entlang der Applikationsbahn führbar. Ein zweiter Sensor ist – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator nacheilend vorgesehen. Dabei erfasst er unmittelbar während der Applikation Daten, auf deren Grundlage eine Qualität der Applikation beurteilbar ist. Dadurch, dass die Sensoren zugleich mit dem Applikator aktiviert werden können, wobei der aktivierte Applikator gemeinsam mit den aktivierten Sensoren entlang der Applikationsbahn verlagerbar ist, ist es möglich, sowohl eine Online-Führung als auch eine Online-Qualitätsbeurteilung unmittelbar während der Applikation durchzuführen. Dabei erfolgen eine Datennahme und die Applikation gleichzeitig. Der vorauseilende erste Sensor erfasst demnach Daten, mit deren Hilfe die vorzugsweise zumindest grob vorherbestimmte Applikationsbahn im Detail anhand des konkret zu behandelnden Gegenstands nachprüfbar und/oder genauer festlegbar ist. Der dem ersten Sensor nacheilende Applikator wird – gemeinsam mit dem ersten Sensor – auf der mithilfe der durch den ersten Sensor erfassten Daten exakt bestimmten Applikationsbahn geführt. So ist es stets möglich, konkret vorliegende Bedingungen, beispielsweise Bauteiltoleranzen, unmittelbar bei der Applikation zu berücksichtigen und einen optimalen Verlauf der Applikationsbahn in jedem Fall zu gewährleisten. Es wird so quasi eine integrierte Führung der Applikation und insbesondere eine Online-Führung der Applikation ermöglicht.
Der zweite, nacheilende Sensor beurteilt direkt die Qualität einer Kleb-, Schweiß- oder Lötnaht, die durch den vorauseilenden Applikator erzeugt wird. Dabei ist es möglich, was vorzugsweise auch vorgesehen ist, dass die durch den zweiten Sensor gewonnenen Daten zur Prozesssteuerung und/oder -regelung der Applikation herangezogen werden, um unmittelbar Prozessparameter anpassen zu können, wenn eine abnehmende Qualität der Applikation feststellbar ist, oder wenn vorherbestimmte Qualitätsparameter aus einem vorherbestimmten Parameterraum herauswandern.
Aus einer Differenzbildung der Messwerte des vor- und nachlaufenden Sensors kann weiterhin die Position der Kleberaupe, die aufgetragene Klebstoffmenge etc. ermittelt werden. Dies ermöglicht eine Online-Qualitätskontrolle des Klebstoffauftrags entlang der Applikationsbahn.
Mithilfe der Online-Führung sind weiterhin folgende Effekte kompensierbar: Eine Kraftfahrzeug-Karosserie ist in einer für die Applikation vorgesehenen Station nur innerhalb einer gewissen Toleranz genau positionierbar. Diese dreidimensionale Lagetoleranz kann durch die Online-Führung ausgeglichen werden. Darüber hinaus existieren Toleranzen innerhalb der Kraftfahrzeug-Karosserie, sowie Toleranzen, die durch den Bauteilbeschnitt der einzelnen Rohbau-Teile der Kraftfahrzeug-Karosserie entstehen. Auch diese Toleranzen sind mithilfe der Online-Führung ohne Weiteres ausgleichbar. Auch Schwingungen der Kraftfahrzeug-Karosserie in der Applikationsstation, insbesondere Schwingungen, die durch die zur Führung der Karosserie entlang einer Fertigungsbahn, an der die Applikationsstation angeordnet ist, vorgesehene Fördertechnik verursacht sind, können ausgeglichen werden. Schließlich ist es möglich, Toleranzen auszugleichen, die durch die Führungsmechanik für den Applikator, insbesondere einen Roboterarm entstehen. Dies können Vermessungstoleranzen oder Toleranzen in den einzelnen Achsen des Roboterarms sein. Mithilfe der Online-Führung ist der Applikator um bis zu +/–0,1 mm genau positionierbar. Es sind Prozessgeschwindigkeiten, also Geschwindigkeiten des Applikators entlang der Applikationsbahn, von bis zu 800 mm pro Sekunde verwirklichbar. Die Applikationsbahn kann dabei Radien aufweisen, die größer oder gleich 10 mm betragen.
Der Applikator kann beispielsweise als Auftragvorrichtung für einen Dichtmittelauftrag an eine Fahrzeugkarosserie ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Applikator eine Düse zur Applikation von Klebstoff, eine Lack- oder Farbdüse, eine Schweißvorrichtung, insbesondere einen Schweißkopf eines Schweißlasers, eine Löteinrichtung oder eine andere entsprechende Einrichtung aufweist. Entsprechend ist unter Applikation ein Dichtmittelauftrag, ein Auftragen einer Farb- und/oder Lackschicht, ein Auftragen eines Klebstoffs, das Erzeugen einer Schweißnaht, das Erzeugen einer Lötnaht oder ein anderer Prozess zu verstehen. Besonders bevorzugt ist der Applikator für einen Dichtstoff- und/oder Klebstoffauftrag ausgebildet.
Unter dem Begriff „Applikationsbahn” ist ein vorherbestimmter und/oder aufgrund von aktuell erfassten Daten online ermittelter Verlagerungsweg des Applikators zu verstehen, entlang dessen die Applikation erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt die Applikation an einer Fahrzeugkarosserie.
Der Applikator ist in Bezug auf mindestens zwei Achsen beweglich geführt, beispielsweise in zwei Richtungen einer Ebene. Dabei ist es möglich, dass der Applikator in Bezug auf genau zwei Achsen unabhängig, also in einer Ebene entlang einer beliebig bestimmbaren Applikationsbahn geführt werden kann. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Applikator in Bezug auf mehr als zwei Achsen, vorzugsweise mindestens in Bezug auf drei Achsen, räumlich bewegt werden kann. Ganz besonders bevorzugt ist der Applikator in Bezug auf sechs Achsen bewegbar, wodurch die Applikationsbahn besonders flexibel wählbar ist.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Sensoren nur Mittel zur Erfassung von Daten aufweisen, während mindestens eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Daten abgesetzt von den Sensoren angeordnet ist. Hierdurch weisen die Sensoren einen vergleichsweise geringen Bauraum mit geringer Störkontur auf. Es ist daher möglich, sie zugleich mit dem Applikator zu aktivieren und den aktivierten Applikator gemeinsam mit den aktivierten Sensoren entlang der Applikationsbahn zu verlagern. Insbesondere deswegen können eine Datennahme und die Applikation gleichzeitig erfolgen.
Insbesondere ist es möglich, dass mindestens einer der Sensor unmittelbar an dem Applikator angeordnet wird, weil er nur einen geringen Bauraum und eine geringe Störkontur aufweist. Dies wird aufgrund der Funktionstrennung möglich, indem die Auswerteeinrichtung nicht – wie bei bekannten Sensoren – in den Sensor integriert, sondern abgesetzt von diesem und vorzugsweise auch abgesetzt von dem Applikator vorgesehen ist. Hierdurch kann der Sensor erheblich kleiner ausfallen, als dies bekannt ist.
Es wird insbesondere eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Applikator gemeinsam mit den Sensoren bevorzugt drehbar an einer Roboterhand eines Roboters angeordnet ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Applikator unmittelbar an der Roboterhand vorgesehen ist, wobei mindestens einer der Sensoren unmittelbar an dem Applikator vorgesehen ist. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem der Applikator und die Sensoren jeweils an der Roboterhand vorgesehen sind, wobei beide Sensoren unmittelbar an dem Applikator oder wobei beide Sensoren nicht unmittelbar an dem Applikator angeordnet sind. Jedenfalls sind die Sensoren und der Applikator mithilfe der Roboterhand gemeinsam entlang der Applikationsbahn verlagerbar.
Der Roboter ist vorzugsweise als Mehrachsroboter ausgebildet, wobei er besonders bevorzugt sechs Achsen aufweist. Dabei umfasst ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Roboters einen Roboterarm mit drei Teilarmen, von denen ein erster an einer Basis angelenkt ist, die um eine erste Achse schwenkbar gelagert ist. Der erste Teilarm ist an der Basis um eine zweite Achse schwenkbar angelenkt. Der zweite Teilarm ist an dem ersten Teilarm um eine dritte Achse schwenkbar angelenkt. Der dritte Teilarm ist an dem zweiten Teilarm um eine vierte Achse schwenkbar angelenkt. Schließlich ist die Roboterhand an dem dritten Teilarm um eine fünfte Achse schwenkbar angelenkt. Die Roboterhand selbst ist um eine sechste Achse – vorzugsweise um eine Längsachse des an der Roboterhand vorgesehenen Applikators – schwenkbar. Dabei sind die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Achse besonders bevorzugt parallel zueinander orientiert. Damit zeigt sich, dass der Applikator – vorzugsweise um seine Längsachse – drehbar an der Roboterhand befestigt ist. Bevorzugt sind sowohl der erste als auch der zweite Sensor unmittelbar an dem Applikator befestigt, sodass diese gemeinsam mit dem Applikator drehbar an der Roboterhand vorgesehen sind. Der Applikator und beide Sensoren können in diesem Fall gemeinsam – vorzugsweise um die Längsachse des Applikators – gedreht beziehungsweise geschwenkt werden. Es ist auch möglich, dass mindestens einer der oder auch beide Sensoren an der Roboterhand befestigt sind, wobei sie in diesem Fall bevorzugt so befestigt sind, dass sie gleichwohl gemeinsam mit dem Applikator vorzugsweise um dessen Längsachse gedreht werden können.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Applikator mindestens zwei Applikationseinrichtungen, insbesondere Düsen zum Auftragen von Dicht- und/oder Klebstoff aufweist, die in verschiedenen Winkeln zu einer Längsachse des Applikators angeordnet sind. Besonders bevorzugt weist der Applikator drei Applikationseinrichtungen, insbesondere Düsen auf. Hierdurch ist es möglich, mit ein und demselben Applikator durch Aktivieren der verschiedenen Applikationseinrichtungen eine Applikation in verschiedenen Winkeln mit Bezug auf die Längsachse des Applikators zu bewirken. Beispielsweise kann ein Applikator, der zum Auftragen von Klebstoff und/oder Dichtstoff ausgebildet ist, drei verschiedene Düsen in drei verschiedenen Winkeln aufweisen, die selektiv aktivierbar sind, je nachdem in welchem Winkel mit Bezug zur Längsachse des Applikators der Kleb- und/oder Dichtstoff aufgebracht werden soll. Besonders bevorzugt weist eine erste Düse einen Winkel von 0° zur Längsachse des Applikators auf, während eine zweite Düse einen Winkel von 45° und eine dritte Düse einen Winkel von 90° umfasst. Ein solcher Applikator ist besonders flexibel und vielseitig einsetzbar. Aufgrund der verschiedenen Applikationseinrichtungen, insbesondere Düsen, die in verschiedenen Winkeln zu der Längsachse des Applikators angeordnet sind, und aufgrund der drehbaren Anordnung des Applikators an der Roboterhand ist es möglich, die momentan zum Einsatz kommende Düse ohne komplizierte Bewegungen des Roboterarms entlang der Applikationsbahn zu führen. Die Zahl der Freiheitsgrade wird demnach erhöht, wodurch eine weniger komplexe Bewegung des Roboterarms insbesondere ohne große Verrenkungen möglich wird.
Vorzugsweise ist mindestens einer der Sensoren so an dem Applikator und/oder an der Roboterhand ausgerichtet, dass ein Erfassungsbereich des Sensors mindestens zwei Applikationseinrichtungen erfasst. Dies bedeutet, dass der mindestens eine Sensor mit seinem Erfassungsbereich Applikationsbereiche auf dem bearbeiteten Gegenstand erfasst, die von mindestens zwei Applikationseinrichtungen beaufschlagt werden können. Der Sensor muss daher nicht nachjustiert werden, wenn zwischen diesen Applikationseinrichtungen umgeschaltet wird, sondern er ist vielmehr zur Erfassung beider den Applikationseinrichtungen zugeordneten Applikationsbereiche geeignet angeordnet. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist der Sensor so ausgerichtet, dass sein Erfassungsbereich die Applikationsbereiche aller drei Applikationseinrichtungen erfasst. Bevorzugt gilt das hier Ausgeführte sowohl für den ersten als auch für den zweiten Sensor, sodass beide Sensoren entsprechend ausgerichtet sind.
Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt, dass mindestens einer der Sensoren auf die verschiedenen Applikationseinrichtungen umschaltbar ist. Hierzu kann der Sensor beispielsweise schwenkbar an der Roboterhand oder an dem Applikator vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens einer der Sensoren eine schaltbare, insbesondere ausrichtbare Sensorik, vorzugsweise eine Optik umfasst, die auf verschiedene Applikationseinrichtungen umschalt- beziehungsweise ausrichtbar ist. Mithilfe der schaltbaren, insbesondere ausrichtbaren Sensorik wird eine Neujustierung und insbesondere Verschwenkung des mindestens einen Sensors vorteilhaft vermieden. Vielmehr wird dieser quasi intern umgeschaltet, um Applikationsbereiche der verschiedenen Applikationseinrichtungen zu erfassen. Es ist auch möglich, dass der Erfassungsbereich von mindestens einem der Sensoren stets mindestens zwei Applikationsbereiche erfasst, wobei lediglich in Hinblick auf eine Datenauswertung von einem auf den anderen Applikationsbereich umgeschaltet wird. Ist der Sensor beispielsweise ein optischer Sensor, der ein Bild erzeugt, auf dem zwei Erfassungsbereiche sichtbar sind, kann gegebenenfalls nur ein Teilbereich des Bildes ausgewertet werden, welches gerade den aktuell interessierenden Erfassungsbereich darstellt. Auch in diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass der erste und der zweite Sensor gleich ausgebildet sind beziehungsweise die gleichen Merkmale aufweisen.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Sensoren an dem Applikator und/oder an der Roboterhand befestigt sind, wobei bevorzugt mindestens einer der Sensoren in eine äußere Kontur des Applikators integriert ist. Eine Anbringung des Sensors und bevorzugt auch einer Verkabelung für den Sensor erfolgt hierbei in an dem Applikator vorgesehene Freiräume, das heißt, dass der Sensor quasi in den Applikator integriert wird. Für eine Datenübertragung ist vorzugsweise ein taktiler Schleifring vorgesehen. Gegebenenfalls ist auch ein drahtloser Datenaustausch möglich, sodass nur eine Spannungsversorgung für den mindestens einen Sensor in den bewegten Applikator geführt werden muss. Eine Störkontur des Sensors ist so verschwindend oder zumindest äußerst geringfügig ausgebildet, sodass der Applikator auf eine Weise bewegt werden kann, wie es auch ohne den Sensor möglich wäre. Der Sensor stört daher die Applikation in keiner Weise.
Alternativ ist es möglich, dass mindestens einer der Sensoren kompakt an der äußeren Kontur des Applikators vorgesehen ist. Auch in diesem Fall wird eine Störkontur des Sensors so gering wie möglich gehalten. Vorzugsweise wird die Verkabelung für den Sensor wiederum in Freiräume des Applikators verlagert, mithin in diesen integriert, um insoweit die Störkontur zu minimieren. Auch hierbei erfolgt vorzugsweise ein Datenaustausch über einen taktilen Schleifring oder drahtlos, wobei in diesem Fall nur die Spannungsversorgung in den Bereich des verlagerbaren Applikators geführt werden muss.
Es ist insgesamt also möglich, dass der erste Sensor vorzugsweise unmittelbar an dem Applikator befestigt ist, wobei der zweite Sensor an der Roboterhand befestigt ist. Alternativ ist es möglich, dass der erste Sensor an der Roboterhand befestigt ist, wobei der zweite Sensor vorzugsweise unmittelbar an dem Applikator befestigt ist. Schließlich ist es auch möglich, dass beide Sensoren vorzugsweise unmittelbar an dem Applikator befestigt sind. Weiterhin ist es auch möglich, dass beide Sensoren an der Roboterhand befestigt sind.
Es zeigt sich noch Folgendes: Insbesondere von dem ersten Sensor gewonnene Messdaten werden vorzugsweise an eine von diesem und dem Applikator abgesetzt angeordnete Auswertungseinheit geführt und dort – gegebenenfalls nach entsprechenden Parametrierungen – analysiert. Dabei ist es möglich, dass die Auswerteeinrichtung an einem weiter zurückverlagerten Teil des Roboterarms, nicht jedoch an der Roboterhand vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit jedoch nicht zu weit von dem Sensor wegverlagert, um Signalwege kurz zu halten und so eine möglichst rasch ansprechende Online-Führung des Applikators zu ermöglichen. Insbesondere durch den zweiten Sensor ermittelte Qualitätsdaten werden vorzugsweise an einen separat angeordneten Messrechner, der insbesondere auch von dem Roboterarm separat angeordnet ist, übermittelt und dort ausgewertet. Hierbei können größere Entfernungen für die Datenübertragung gewählt werden, weil die Auswertung der Qualitätsdaten nicht in gleicher Weise zeitkritisch ist wie die Auswertung der für die Online-Führung relevanten Messdaten des ersten Sensors. Die Datenübermittlung erfolgt vorzugsweise mittels Profibus. Die Auswertung der insbesondere von dem ersten Sensor erfassten Messdaten, die Ermittlung der optimalen Applikationsbahn und die Steuerung des Applikators erfolgen vorzugsweise so schnell, dass Applikationsgeschwindigkeiten von bis zu 0,4 m pro Sekunde möglich sind.
Die Verlagerung des Applikators entlang der Applikationsbahn kann übrigens bevorzugt in zwei verschiedene Richtungen erfolgen. Dabei ist es möglich, dass eine Bearbeitung zunächst in eine erste Richtung und anschließen in eine umgekehrt orientierte, zweite Richtung erfolgt. Dabei können die Funktionalität des ersten und des zweiten Sensors gegeneinander ausgetauscht werden, sodass bei der Verlagerung des Applikators in der umgekehrten Richtung der ursprünglich als erster Sensor arbeitende Sensor nun als zweiter Sensor verwendet wird, während der ursprüngliche zweite Sensor nunmehr als erster Sensor verwendet wird. Die Sensoren sind also vorzugsweise universell einsetzbar und flexibel bezüglich ihrer Funktion gegeneinander tauschbar, um eine Umkehrung der Bewegung des Applikators zu ermöglichen.
Schließlich wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass mindestens einer der Sensoren geeignet ist zur Durchführung einer Laser-Triangulation. Dabei umfasst er vorzugsweise mindestens einen Laser und mindestens eine Erfassungseinrichtung, die für die Laser-Triangulation geeignet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens einer der Sensoren als Kamera ausgebildet ist, wobei er vorzugsweise Bilddaten liefert, die von einem Bildverarbeitungsalgorithmus auswertbar sind. Dabei ist es möglich, dass in die Kamera eine Beleuchtungseinrichtung integriert ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens einer der Sensoren zur Ausführung einer Streifenprojektionsmethode geeignet ausgebildet ist. Hierdurch ist er besonders geeignet, um eine Kantenerkennung durchführen zu können. Dabei umfasst der Sensor vorzugsweise eine Beleuchtungsvorrichtung zur Streifenprojektion sowie ein Erfassungsmittel zur Erfassung von Bilddaten, auf deren Grundlage die Streifenprojektion ausgewertet werden kann.
Jedenfalls ist zumindest der erste Sensor so ausgebildet, dass er Daten erfassen kann, auf deren Grundlage eine vorherbestimmte Applikationsbahn – beispielsweise anhand von Bauteilkanten – erkennbar ist, so dass der Applikator entlang der Applikationsbahn flexibel und an Toleranzen angepasst führbar ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur geführten Applikation entlang einer Applikationsbahn auf einem Gegenstand, vorzugsweise einer Fahrzeugkarosserie, mit den Schritten des Anspruchs 8 geschaffen wird. Dabei werden ein in Bezug auf mindestens zwei Achsen beweglich geführter Applikator sowie ein erster Sensor und ein zweiter Sensor zur Erfassung von Daten im Bereich der Applikationsbahn gemeinsam entlang der Applikationsbahn verlagert. Die Sensoren werden zugleich mit dem Applikator aktiviert, und der aktivierte Applikator wird gemeinsam mit den aktivierten Sensoren entlang der Applikationsbahn verlagert. Der erste Sensor eilt dem Applikator – in Bezug auf die Applikationsbahn – vor. Dabei wird der Applikator während der Applikation auf Grundlage der während derselben durch den ersten Sensor erfassten Daten entlang der Applikationsbahn geführt. Es wird also eine Online-Führung des Applikators anhand der erfassten Daten durchgeführt. Der zweite Sensor eilt dem Applikator – in Bezug auf die Applikationsbahn – nach. Dabei wird eine Qualität der Applikation auf Grundlage der durch den zweiten Sensor erfassten Daten beurteilt.
Insgesamt verwirklicht das Verfahren die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Vorrichtung erläutert wurden. Da die Sensoren zugleich mit dem Applikator entlang der Applikationsbahn verlagert werden, während alle drei Elemente aktiviert sind, sind einerseits eine Online-Führung des Applikators und andererseits eine Online-Kontrolle der Applikation unmittelbar während der Applikation auf der Grundlage der durch die Sensoren erfassten Daten möglich.
Demnach ist es nicht nötig, die vorzugsweise grob vorherbestimmte aber noch in Hinblick auf konkret vorliegende Toleranzen oder Bauteilchargen festzulegende Applikationsbahn in einem separaten Verfahrensschritt festzulegen. Ebensowenig ist es nötig, die Qualität der Applikation erst nach derselben in einem separaten Verfahrensschritt zu beurteilen. Stattdessen kann beides unmittelbar während der Applikation erfolgen, was quasi eine Parallelisierung der Produktion erlaubt, und gegebenenfalls eine Taktzeit nicht erhöht beziehungsweise sogar reduziert.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass anhand der durch den ersten Sensor erfassten Daten eine Qualität eines Applikationsbereichs entlang der Applikationsbahn bewertet wird. Der dem Applikator voreilende Sensor kann demnach Daten ermitteln, anhand derer beispielsweise eine Fügestelle, insbesondere ein zulässiges Spaltmaß oder weitere relevante Parameter in Hinblick auf die Qualität des Applikationsbereichs beurteilt werden können. Die Applikation kann dann anhand dieser Parameter gesteuert und/oder geregelt oder gegebenenfalls sogar gestoppt werden, beispielsweise wenn ein zulässiges Spaltmaß grob überschritten wird.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Qualität der Applikation aus einer Frontperspektive bewertet wird. Der erste Sensor erfasst also Daten aus einem vorderen Bereich der entstehenden Applikation, beispielsweise einer Kleb-, Löt- oder Schweißnaht, wobei die Applikation auf der Grundlage dieser zusätzlichen Daten gesteuert und/oder geregelt werden kann. Dabei greift quasi die Qualitätssensorik auf die Führungssensorik zu, um quasi unter die Oberfläche zu schauen und mögliche Qualitätskriterien auf der Grundlage dieser zusätzlichen Informationen zu erweitern.
In diesem Zusammenhang ist es insbesondere auch möglich, eine Differenzbildung der Messwerte des ersten, vorlaufenden Sensors und der Messwerte des zweiten, nachlaufenden Sensors durchzuführen, wodurch Daten über die Applikation, beispielsweise deren Position, eine aufgetragene Menge oder ähnliches ermittelt werden. Beispielsweise sind die Position einer applizierten Kleberaupe oder auch Dichtstoffraupe, eine aufgetragene Klebstoff- oder Dichtstoffmenge sowie weitere entsprechende Daten ohne Weiteres aus einer solchen Differenzbildung ermittelbar. Somit können der erste und der zweite Sensor zusammenwirken, um eine Qualität der Applikation zu bewerten. Dabei ist es möglich, dass die von dem ersten Sensor ermittelten Messdaten sowohl zur Führung des Applikators als auch zur Qualitätsbeurteilung herangezogen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung in Seitenansicht;
2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1 in Frontansicht, und
3 eine weitere schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß den 1 und 2.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 für eine geführte Applikation entlang einer schematisch durch einen Pfeil P symbolisierten Applikationsbahn auf einem Gegenstand 3, der bevorzugt als Fahrzeugkarosserie ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Applikator 5 sowie einen ersten Sensor 7 und einen zweiten Sensor 9. Die Sensoren 7, 9 sind gemeinsam mit dem Applikator 5 entlang der Applikationsbahn verlagerbar und dienen der Erfassung von Daten im Bereich der Applikationsbahn.
Dabei sind sowohl der erste Sensor 7 als auch der zweite Sensor 9 zugleich mit dem Applikator 5 aktiviert, wobei der Applikator 5, der hier als Auftragdüse für einen Klebstoff ausgebildet ist, entlang der Applikationsbahn eine Kleberaupe 11 aufbringt, während der erste Sensor 7 in einem mit Hilfe strichlierter Linien angedeuteten, ersten Erfassungsbereich 13 Daten erfasst, und während der zweite Sensor 9 in einem ebenfalls mittels strichlierter Linien angedeuteten, zweiten Erfassungsbereich 15 Daten erfasst.
Dabei dienen die in dem ersten Erfassungsbereich 13 durch den ersten Sensor 7 erfassten Daten der Führung des Applikators 5 entlang der Applikationsbahn und/oder der Bewertung einer Qualität der Kleberaupe 11 aus einer Frontperspektive. Es ist also möglich, dass die in dem ersten Erfassungsbereich 13 erfassten Daten ausschließlich der Führung des Applikators 5 dienen. Ebenso ist es möglich, dass die in dem Erfassungsbereich 13 erfassten Daten der Qualitätsbewertung der entstehenden Kleberaupe 11 aus der Frontperspektive und/oder für eine Differenzbildung dienen. Weiterhin ist es möglich, dass der erste Sensor 7 in dem Erfassungsbereich 13 Daten erfasst, die einerseits zur Führung des Applikators 5 und andererseits zur Beurteilung einer Qualität der Kleberaupe 11, insbesondere mittels Differenzbildung herangezogen werden.
Die von dem zweiten Sensor 9 in dem zweiten Erfassungsbereich 15 erfassten Daten dienen der Beurteilung einer Qualität der durch den Applikator 5 applizierten Kleberaupe 11. Vorzugsweise ist die Applikation durch den Applikator 5, beispielsweise eine pro Zeiteinheit aufgebrachte Klebstoffmenge und/oder weitere Parameter auf der Grundlage der durch den zweiten Sensor in dem Erfassungsbereich 15 erfassten Daten und/oder durch die durch den ersten Sensor 7 in dem ersten Erfassungsbereich 13 aus einer Frontperspektive erfassten Daten über die Kleberaupe 11 steuer- und/oder regelbar.
Es wird deutlich, dass der erste Sensor 7 hier so an dem Applikator 5 angeordnet, vorzugsweise an diesem befestigt ist, dass er entlang der Applikationsbahn stets dem Applikator 5 voreilt. Entsprechend ist der zweite Sensor 9 so an dem Applikator 5 angeordnet, vorzugsweise befestigt, dass er diesem entlang der Applikationsbahn stets nacheilt.
Der Applikator 5 ist seinerseits vorzugsweise an einer Roboterhand 17 angeordnet.
2 zeigt eine rückwärtige Perspektive der Vorrichtung gemäß 1, wobei die in 2 dargestellte Blickrichtung in 1 durch die strichpunktierte Linie A-A angedeutet ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Es wird deutlich, dass der Applikator 5 hier drei Applikationseinrichtungen 19, 21, 23 aufweist, wobei eine erste Applikationseinrichtung 19 als Klebstoffdüse zur Erzeugung der Kleberaupe 11 ausgebildet und in einem Winkel von 0° zu einer in 2 vertikal verlaufenden Längsachse des Applikators 5 angeordnet ist.
Eine zweite Applikationseinrichtung 21 ist ebenfalls als Klebstoffdüse ausgebildet und in einem Winkel von 45° zur Längsachse des Applikators 5 angeordnet. Diese ist bei der dargestellten schematischen Ausführungsform des Verfahrens in 2 inaktiv, kann aber aktiviert werden, um entsprechend unter dem durch sie definierten Winkel eine Kleberaupe auszubilden.
Eine dritte Applikationseinrichtung 23 ist ebenfalls als Klebstoffdüse ausgebildet und in einem Winkel von 90° zur Längsachse des Applikators 5 angeordnet. Auch diese Applikationseinrichtung 23 ist in 2 inaktiv dargestellt, kann jedoch aktiviert werden, um unter dem entsprechenden Winkel eine Kleberaupe zu erzeugen.
Der Applikator 5 ist also insgesamt sehr flexibel einsetzbar.
Es zeigt sich, dass der zweite Sensor 9 hier so angeordnet ist, dass der Erfassungsbereich 15 sowohl die von der ersten Applikationseinrichtung 19 applizierte Kleberaupe 11 als auch eine gegebenenfalls von der zweiten Applikationseinrichtung 21 applizierte Kleberaupe erfasst. Dabei ist es möglich, dass der zweite Sensor 9 schwenkbar gelagert ist, um durch die verschiedenen Applikationseinrichtungen 19, 21, 23 erzeugte Kleberaupen erfassen zu können. Es ist auch möglich, dass der zweite Sensor 9 schaltbar, insbesondere umschaltbar ausgebildet ist, wobei er vorzugsweise eine schaltbare Sensorik und/oder Optik aufweist, beispielsweise schwenkbare Spiegel oder dergleichen.
Weiterhin ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass der Erfassungsbereich 15 dauerhaft die von verschiedenen Applikationseinrichtungen, hier von den Applikationseinrichtungen 19, 21 beaufschlagten Applikationsbereiche erfasst, wobei jedoch bei der Auswertung nur ein entsprechender Bereich des Erfassungsbereichs 15 tatsächlich ausgewertet wird. Beispielsweise ist es möglich, dass der Sensor 9 als Kamera ausgebildet ist und ein Bild erzeugt, welches den Erfassungsbereich 15 abdeckt. Bei der Auswertung ist es dann möglich, jeweils nur den Bereich des Bildes auszuwerten, auf welchem die aktuell erzeugte Kleberaupe 11 dargestellt ist. Im Rahmen der Auswertung kann dann der auszuwertende Bereich des Bildes geändert werden, wenn beispielsweise die zweite Applikationseinrichtung 21 aktiviert und die erste Applikationseinrichtung 19 deaktiviert wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass jeder der Applikationseinrichtungen 19, 21, 23 eigene Sensoren zugeordnet sind.
Die hier in Bezug auf den zweiten Sensor 9 gegebenen Erläuterungen treffen genauso für den in 2 nicht dargestellten ersten Sensor 7 zu. Auch dieser kann also schwenkbar, schaltbar beziehungsweise umschaltbar ausgebildet sein, oder es kann für jede der Applikationseinrichtungen 19, 21, 23 ein eigener, erster Sensor vorgesehen sein.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Anhand von 3 wird deutlich, dass der Applikator 5 entlang der Applikationsbahn durch einen Roboterarm 25 verlagert wird, an welchem die Roboterhand 17 vorgesehen ist. Der Roboter, welcher den Roboterarm 25 aufweist, ist als Mehrachsroboter ausgebildet, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Achsen umfasst. Dabei ist der Roboterarm 25 insgesamt um eine erste Achse A₁ schwenkbar gelagert. Er umfasst drei Teilarme, von denen ein erster Teilarm 27 an einer um die Achse A₁ schwenkbar gelagerten Basis 29 um eine zweite Achse A₂ schwenkbar gelagert ist.
Ein zweiter Teilarm 31 ist an dem ersten Teilarm 27 gelenkig angelenkt, wobei er relativ zu diesem um eine dritte Achse A₃ schwenkbar gelagert ist.
Ein dritter Teilarm 33 ist mit dem zweiten Teilarm 31 gelenkig verbunden, wobei er relativ zu diesem um eine vierte Achse A₄ schwenkbar gelagert ist.
Schließlich ist die Roboterhand 17 mit dem dritten Teilarm 33 gelenkig verbunden, wobei sie relativ zu diesem um eine fünfte Achse A₅ schwenkbar gelagert ist. Schließlich ist die Roboterhand 17 selbst um eine sechste Achse A₆, die vorzugsweise einer Längsachse des Applikators 5 entspricht, schwenkbar gelagert.
Insgesamt ist also der Applikator 5 an dem Roboterarm 25 in Bezug auf sechs Achsen beweglich geführt. Er kann also ohne Weiteres entlang einer Applikationsbahn auf dem Gegenstand 3 bewegt werden, wobei flexibel eine quasi beliebig verlaufende Kleberaupe 11 applizierbar ist.
Dabei ist es möglich, dass die Applikationsbahn grob vorherbestimmt ist, während eine konkrete Führung in Bezug auf das konkrete Bauteil 3 mit Hilfe der durch den ersten Sensor 7 gewonnenen Daten durchgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die Applikationsbahn nicht vorherbestimmt ist, während sie quasi online während der Applikation auf der Grundlage der durch den ersten Sensor 7 ermittelten Daten ermittelt und festgelegt wird. Hierzu kann besonders bevorzugt eine Kantenerkennung zum Einsatz kommen.
Insgesamt zeigt sich, dass es mit Hilfe der Vorrichtung und des Verfahrens möglich ist, nicht nur eine Online-Führung des Applikators 5 während der Applikation selbst, sondern auch eine Qualitätsbeurteilung der Applikation zur gleichen Zeit durchzuführen. Es ist so möglich, Prozessabläufe zu parallelisieren und Taktzeiten in der Produktion einzusparen. Diese Vorteile werden insbesondere erzielt, indem der erste Sensor 7 und der zweite Sensor 9 vergleichsweise kompakt und mit geringfügiger Störkontur an dem Applikator 5 vorgesehen werden können, so dass sie mit diesem gemeinsam in aktiviertem Zustand entlang der Applikationsbahn verlagerbar sind. Dies wiederum wird insbesondere auch erreicht, indem in dem ersten Sensor 7 und in dem zweiten Sensor 9 lediglich Mittel zur Erfassung von Daten vorgesehen sind, während Einrichtungen zur Auswertung der Daten von dem Sensor und insbesondere auch von dem Applikator 5 abgesetzt vorgesehen sind, so dass der erste und der zweite Sensor 7, 9 entsprechend klein ausgebildet sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007036585 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) für eine geführte Applikation einer pastösen Masse entlang einer Applikationsbahn auf einem Gegenstand (3), vorzugsweise einer Fahrzeugkarosserie, mit einem in Bezug auf mindestens zwei Achsen (A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆) beweglich geführten Applikator (5) und mindestens einem gemeinsam mit dem Applikator (5) entlang der Applikationsbahn verlagerbaren Sensor (7, 9) zur Erfassung von Daten im Bereich der Applikationsbahn, dadurch gekennzeichnet, – dass zwei Sensoren (7, 9) zugleich mit dem Applikator (5) aktivierbar sind, – wobei der aktivierte Applikator (5) gemeinsam mit den aktivierten Sensoren (7, 9) entlang der Applikationsbahn verlagerbar ist, – dass ein erster Sensor (7) – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator (5) voreilend vorgesehen ist, – und dass ein zweiter Sensor (9) – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator (5) nacheilend vorgesehen ist, – und dass mindestens eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, mit der auf Basis der durch die Sensoren (7, 9) erfassten Daten eine entlang der Applikationsbahn applizierte Menge der pastösen Masse ermittelbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (7, 9) nur Mittel zur Erfassung von Daten aufweisen, während die Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Daten abgesetzt von den Sensoren (7, 9) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (5) gemeinsam mit den Sensoren (7,9) insbesondere drehbar an einer Roboterhand (17) eines Roboters angeordnet ist, wobei der Roboter vorzugsweise als Mehrachsroboter, besonders bevorzugt mit sechs Achsen (A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆), ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikator (5) mindestens zwei, bevorzugt drei Applikationseinrichtungen (19, 21, 23) aufweist, die in verschiedenen Winkeln zu einer Längsachse des Applikators (5) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sensoren (7, 9) so an dem Applikator (5) und/oder der Roboterhand ausgerichtet ist, dass ein Erfassungsbereich des Sensors (7, 9) mindestens zwei Applikationseinrichtungen (19, 21, 23) erfasst, und/oder dass mindestens einer der Sensoren (7, 9) auf die verschiedenen Applikationseinrichtungen (19, 21, 23) umschaltbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (7, 9) an dem Applikator (5) und/oder an der Roboterhand befestigt, wobei bevorzugt mindestens einer der Sensoren (7, 9) in eine äußere Kontur des Applikators (5) integriert oder kompakt an der äußeren Kontur vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Sensoren (7, 9) geeignet zur Durchführung einer Laser-Triangulation und/oder als Kamera ausgebildet ist.
Verfahren zur geführten Applikation entlang einer Applikationsbahn auf einem Gegenstand (3), vorzugsweise einer Fahrzeugkarosserie, wobei ein in Bezug auf mindestens zwei Achsen (A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆) beweglich geführter Applikator (5), sowie ein erster Sensor (7) und ein zweiter Sensor (9) zur Erfassung von Daten im Bereich der Applikationsbahn gemeinsam entlang der Applikationsbahn verlagert werden, – wobei die Sensoren (7, 9) zugleich mit dem Applikator (5) aktiviert werden, – wobei der aktivierte Applikator (5) gemeinsam mit den aktivierten Sensoren (7, 9) entlang der Applikationsbahn verlagert werden, – wobei der erste Sensor (7) – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator (5) voreilend angeordnet ist, und, wobei der zweite Sensor (9) – in Bezug auf die Applikationsbahn – dem Applikator (5) nacheilend vorgesehen ist, – und wobei auf Basis der durch die Sensoren (7, 9) erfassten Daten eine entlang der Applikationsbahn applizierte Menge der pastösen Masse ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der durch den ersten Sensor (7) erfassten Daten eine Qualität eines Applikationsbereichs entlang der Applikationsbahn und/oder eine Qualität der Applikation aus einer Frontperspektive bewertet wird.