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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines Schaumelements an einem Bauteil eines Kraftwagens.
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Aus dem Serienbau von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ist es bekannt, im Zuge der Montage von Kleinteilen wie beispielsweise Schaumelementen Vereinzelungsvorrichtungen und Standard-Industrieroboter einzusetzen. Dabei werden die Schaumelemente beispielsweise in großen Mengen an einen Montageort angeliefert und mittels einer Vereinzelungsvorrichtung vereinzelt. Bei einer solchen Vereinzelungsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um Rüttler. Diese Montage von Schaumelementen hat sich als sehr aufwändig und somit zeit- und kostenintensiv erwiesen. Zudem kann es zum Verlust und zu Beschädigungen des Schaumelements beim Fügen mit dem Bauteil kommen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Montieren eines Schaumelements an einem Bauteil eines Kraftwagens zu schaffen, mittels welchem das Schaumelement besonders einfach montiert besonders einfach montiert werden kann, ohne dass es zu Beschädigungen und zum Verlust des Schaumelements kommt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Montieren eines Schaumelements an einem Bauteil eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Montieren eines Schaumelements an einem Bauteil eines Kraftwagens umfasst einen ersten Schritt, bei welchem das Schaumelement auf einer Aufnahmefläche bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist die Aufnahmefläche eine spezielle reflektierende beziehungsweise Lichtstrahlen reflektierende Aufnahmefläche, auf welcher das Schaumelement angeordnet wird. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird mittels wenigstens eines optischen Sensors eine Ist-Lage des Schaumelements relativ zur Aufnahmefläche ermittelt. Die Ermittlung der Ist-Lage erfolgt beispielsweise durch Erfassen der Kontur des Schaumelements mittels des optischen Sensors. Insbesondere wird ermittelt, in welcher Position und Drehlage sich das Schaumelement auf der Aufnahmefläche befindet.
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Anschließend wird bei einem dritten Schritt des Verfahrens das Schaumelement mittels eines Roboters in Abhängigkeit von der ermittelten Ist-Lage aufgenommen. Die Ist-Lage dient dabei dazu, zunächst den Roboter selbst relativ zum Schaumelement auszurichten, so dass der Roboter mit dem Schaumelement in einem dafür vorgesehenen Bereich des Schaumelements zusammenwirken kann. Dadurch können Beschädigungen des Schaumelements vermieden werden. Ferner kann eine anschließende Montage beziehungsweise Befestigung des Schaumelements am Bauteil sichergestellt werden, da eine dazu erforderliche und mittels des Roboters zu bewirkende Ausrichtung des Schaumelements gewährleistet werden kann. In dem Bereich ist beispielsweise eine Greifform in das Schaumelement eingearbeitet, wobei der Roboter besonders gut mit der Greifform zusammenwirken und dadurch das Schaumelement ergreifen kann.
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Das Aufnehmen des Schaumelements mittels des Roboters erfolgt beispielsweise derart, dass der Roboter einen Greifer, insbesondere einen Zwei-Finger-Greifer, umfasst. Mittels des Greifers ergreift der Roboter das Schaumelement, so dass das Schaumelement am Roboter gehalten beziehungsweise fixiert ist.
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Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird das am Roboter gehaltene Schaumelement mittels des Roboters aus der Ist-Lage in eine Soll-Lage relativ zum Bauteil bewegt. In dieser Soll-Lage kann das Schaumelement am Bauteil montiert bzw. mit dem Bauteil gefügt werden. Schließlich wird das Schaumelement bei einem fünften Schritt des Verfahrens mittels des Roboters am Bauteil montiert bzw. befestigt. Vorzugsweise wird das Bauteil derart montiert, dass es mit dem Bauteil verrastet beziehungsweise verclipst wird. Hierzu wird das Schaumelement, insbesondere wenigstens ein Rastelement des Schaumelements, beispielsweise in eine korrespondierende und am Bauteil vorgesehene Aufnahme, insbesondere Rastaufnahme, eingesteckt, so dass beispielsweise das Rastelement mit der Rastaufnahme formschlüssig zusammenwirken kann. Bei dem Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein Karosseriebauteil des beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zeit- und kostengünstige sowie prozesssichere Montage des Schaumelements am Bauteil, ohne dass es zu Beschädigungen oder einem Verlust des Schaumelements kommt. Insbesondere kann auf aufwändige Vereinzelungsvorrichtungen wie Rüttler verzichtet werden. Nachträgliche Abfragen können ebenso vermieden werden wie Nacharbeiten.
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Ferner ist es möglich, die Montage des Schaumelements mittels des Roboters zu überprüfen. Hierzu wird beispielsweise nach dem Montieren des Schaumelements das Schaumelement mittels des Roboters mit wenigstens einer Prüfkraft beaufschlagt. In Abhängigkeit von der Prüfkraft wird die Montage des Schaumelements am Bauteil überprüft. Zum Beaufschlagen des Schaumelements mit der Prüfkraft wird das Schaumelement mittels des Roboters beispielsweise gedrückt und/oder gezogen, so dass die Prüfkraft also eine Zugkraft oder eine Druckkraft ist. Mittels wenigstens eines Kraftsensors des Roboters wird beim Beaufschlagen des Schaumelements mit der Prüfkraft wenigstens ein zeitlicher Ist-Kraftverlauf erfasst und mit einem Soll-Kraftverlauf verglichen. Weicht der Ist-Kraftverlauf vom Soll-Kraftverlauf ab, so war die Montage nicht erfolgreich, so dass die Montage wiederholt werden muss. Stimmt der Ist-Kraftverlauf mit dem Soll-Kraftverlauf überein, so war die Montage erfolgreich und das Schaumelement ist ein einer gewünschten, vorgebbaren Position fest am Bauteil montiert.
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Vorzugsweise wird als der Roboter ein Leichtbauroboter verwendet. Unter Leichtbauroboter ist hierbei ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, aufweist. Durch das geringe Eigengewicht und die präzise Steuerung ist es möglich, das Schaumelement sehr präzise in die vorgebbare Ist-Lage zu bewegen mit dem Bauteil zu fügen.
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Bei dem Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um einen kraftsensitiven Leichtbauroboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung der Montage erlaubt. Der Leichtbauroboter weist Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren auf, mittels welchen den ein an einem Roboterarm des Leichtbauroboters angeordneten Greifer und somit auf das gegriffene Schaumelement wirkende Kräfte, Drehmomente sowie daraus resultierende Verschiebungen gemessen werden können. Da solche Messungen sehr genau mittels des Leichtbauroboters durchgeführt werden können, kann der Leichtbauroboter beispielsweise über das Bewegen des Schaumelements hinaus auch zum taktilen Erfassen von Positionen des Schaumelements relativ zum Bauteil genutzt werden. Mit anderen Worten können interne oder externe Sensoren des Leichtbauroboters zum präzisen Erfassen des Erreichens der Ist-Lage genutzt werden, so dass der Leichtbauroboter das Schaumelement präzise positionieren und mit dem Bauteil fügen kann. Das Verfahren kann also die ohnehin vorhandene Sensorausstattung moderner kraftsensitiver, insbesondere impedanzgeregelter Leichtbauroboter nutzen, um das Schaumelement zu positionieren.
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Dadurch ist es insbesondere möglich, zeitlich vor dem taktilen Erfassen der Position der Fügestelle das Anbauteil durch den Leichtbauroboter, insbesondere seinen Roboterarm, aufzunehmen und die Position der Fügestelle taktil über das durch den Roboter aufgenommene und an diesem angeordnete Anbauteil mittels der Sensoren des Leichtbauroboters zu erfassen. Dadurch kann vermieden werden, dass der Leichtbauroboter zunächst ein Erfassungselement zum taktilen Erfassen der Position aufnimmt, dieses nach dem taktilen Erfassen der Position ablegt und anschließend das Anbauteil aufnimmt. Vielmehr kann die taktile Erfassung über das bereits aufgenommene Anbauteil erfolgen, welches anschließend nicht abgelegt werden muss sondern verklebt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Roboters, mittels welchem ein Schaumelement an einem Bauteil in Form eines Karosseriebauteils eines Personenkraftwagens montiert wird;
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Roboters beim Montieren des Schaumelements;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Roboters beim Montieren des Schaumelements; und
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Roboters beim Montieren des Schaumelements.
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1 zeigt einen Roboter in Form eines Leichtbauroboters 10 zum Montieren eines Schaumelements 12 an einem in 1 nicht erkennbaren Bauteil in Form eines Karosseriebauteils eines Personenkraftwagens. Das Schaumelement 12 wird üblicherweise auch als Schäumling bezeichnet und ist ein zu montierendes Kleinbauteil, welches zumindest teilweise aus einem Schaum gebildet ist. Der Leichtbauroboter 10 umfasst mehrere Roboterarme 14, 16, 18, welche gelenkig miteinander verbunden sind und relativ zueinander verschwenkt werden können. Am Roboterarm 18 ist ein verschwenkbarer Kopf 20 mit einer Werkzeugaufnahme 22 angeordnet. Wie aus 2 zu erkennen ist, ist an der Werkzeugaufnahme 22 ein Greifer 24 angeordnet.
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Der Greifer 24 ist als Zwei-Finger-Greifer ausgebildet und umfasst demzufolge zwei Finger 26, mittels welcher das Schaumelement 12 gegriffen und dadurch am Leichtbauroboter 10 fixiert bzw. von diesem aufgenommen werden kann. Im Zuge eines Verfahrens zum Montieren des Schaumelements 12 am Karosseriebauteil wird bei einem ersten Schritt das Schaumelement 12 auf einer speziellen, reflektierenden Aufnahmefläche 28 bereitgestellt. Hierzu wird das Schaumelement 12 beispielsweise mittels eines Zuführbands auf die Aufnahmefläche 28 gefördert.
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Bei einem zweiten Schritt wird eine Ist-Lage des Schaumelements 12 relativ zur Aufnahmefläche 28 mittels wenigstens eines optischen Sensors ermittelt. Mittels des optischen Sensors wird beispielsweise die Kontur des Schaumelements 12 erfasst, so dass die Position des Schaumelements relativ zur Aufnahmefläche 28 in wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufenden Raumrichtungen (x-Richtung und y-Richtung) erfasst werden. Ferner wird die Drehlage des Schaumelements 12 erfasst. Die Position und Drehlage werden an den Leichtbauroboter 10 übermittelt, so dass dieser das Schaumelement 12 bei einem dritten Schritt in Abhängigkeit von der ermittelten Ist-Lage aufnehmen kann.
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Da die Ist-Lage bekannt ist, können die Finger 26 in eine in das Schaumelement 12 eingearbeitet Greifform hineinbewegt werden und mit der Greifform 30 zusammenwirken. Dadurch ist das Schaumelement 12 beispielsweise kraft- und/oder formschlüssig am Leichtbauroboter 10 fixiert. Somit kann das Schaumelement 12 mit dem Greifer 24 mitbewegt werden. Als der optische Sensor kann ein am Leichtbauroboter 10 angeordneter optischer Sensor oder ein unabhängig vom Leichtbauroboter 10 gehaltener optischer Sensor verwendet werden.
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Bei einem vierten Schritt wird das am Leichtbauroboter 10 gehaltene Schaumelement 12 relativ zum Karosseriebauteil mittels des Leichtbauroboters 10 in eine Soll-Lage bewegt. Dies ist besonders gut aus 3 zu erkennen, in welcher auch das mit 32 bezeichnete Karosseriebauteil erkennbar ist. Zum Bewegen des Schaumelements 12 in die Soll-Lage kann wenigstens ein in den Leichtbauroboter 10 integrierter Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren genutzt werden. Mittels dieses wenigstens einen Sensor kann das Erreichen der Soll-Lage erfasst, insbesondere taktil, erfasst werden. Mit anderen Worten werden zum Auffinden der Soll-Lage die taktilen Eigenschaften des Leichtbauroboters 10 genutzt, um sich mit dem am Greifer 24 gehaltenen Schaumelement 12 an die Soll-Lage heranzutasten.
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Wie aus 3 erkennbar ist, weist das Karosseriebauteil 32 eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 34 auf, in die das Schaumelement 12 zumindest teilweise mittels des Leichtbauroboters 10 einzustecken ist. Dabei wird das Schaumelement 12 mit dem Karosseriebauteil 32 verrastet beziehungsweise verclipst.
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Ist das Schaumelement 12 in die Soll-Lage bewegt, so wird das Schaumelement 12 mittels des Leichtbauroboters 10 bei einem fünften Schritt in die Öffnung 34 eingeclipst, was aus 4 erkennbar ist. Herbei wird das Schaumelement 12 mit dem Karosseriebauteil 32 gefügt. Es werden beispielsweise drei Fügevorgänge bzw. Fügeversuche durchgeführt. Nach dem Fügen kann mittels des Leichtbauroboters 10 eine Kontrolle der Montage durchgeführt werden. Insbesondere kann im Rahmen der Kontrolle überprüft werden, ob sich das Schaumelement 12 in seiner vorgebbaren, gewünschten Soll-Lage am Karosseriebauteil 23 befindet und/oder ob das Schaumelement 12 fest am Karosseriebauteil 32 gehalten ist und/oder ob das Schaumelement 12 überhaupt mit dem Karosseriebauteil 32 gefügt wurde. Hierzu wird das Schaumelement 12 mittels des Leichtbauroboters 10 beispielsweise mit einer Zugkraft als Prüfkraft beaufschlagt, um den sicheren Sitz des Schaumelements 12 zu analysieren. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit von der Prüfkraft die Montage des Schaumelements 12 am Karosseriebauteil 32 überprüft.
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Bei der Kraftbeaufschlagung wird ein zeitlicher Kraftverlauf bei einer vorgebbaren Position, insbesondere Höhe, des Leichtbauroboters 10 erfasst, Dies erfolgt beispielsweise mittels des wenigstens einen integrierten Kraftsensors des Leichtbauroboters 10. Der zeitliche Kraftverlauf wird als Ist-Verlauf mit einem Soll-Verlauf verglichen. Stimmt der Soll-Verlauf mit dem Ist-Verlauf überein, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass die Montage erfolgreich war. Weichen die Verläufe voneinander ab, so war die Montage nicht erfolgreich. Dann wird die Montage wiederholt, wobei drei Wiederholungen durchgeführt werden.
