DE102013020135A1

DE102013020135A1 - Verfahren zurn Betreiben einer Produktionsanlage

Info

Publication number: DE102013020135A1
Application number: DE102013020135.7A
Authority: DE
Inventors: Robert HAMAN; Otmar Honsberg; Simon Klumpp; Willi Klumpp; Ralf Kühnemann; Reinhard Neureiter; Konrad Wirth; Richard Zunke; Matthias Reichenbach; Julian Stockschläder; Michael Zürn
Original assignee: Daimler AG; KUKA Systems GmbH
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-07
Also published as: DE102013020135B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage, insbesondere zum Herstellen wenigstens eines Kraftwagens, bei welchem wenigstens ein Werkstück (10) mittels einer Fördereinrichtung (14) in eine Förderrichtung (16) bewegt wird, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Erfassen des sich in die Förderrichtung (16) bewegenden Werkstücks (10) mittels wenigstens einer Tiefenbildkamera (24) und Bereitstellen wenigstens eines Signals, welches zumindest eine anhand des Erfassens ermittelte Position des Werkstücks (10) charakterisiert; b) Bewegen eines an einer Bewegungseinrichtung (18) befestigten Roboters (20) relativ zum Werkstück (10), indem die Bewegungseinrichtung (18) in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird; und c) Bearbeiten und/oder Manipulieren des Werkstücks (10) mittels des Roboters (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage, insbesondere zum Herstellen wenigstens eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Produktionsanlagen und Verfahren zum Betreiben von solchen Produktionsanlagen sind beispielsweise aus der Massenproduktion von Personenkraftwagen bereits hinlänglich bekannt. Bei einem solchen Verfahren wird wenigstens ein Werkstück mittels einer Fördereinrichtung in eine Förderrichtung bewegt. Bei der Fördereinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Fließ- oder Montageband, mittels welchem das Werkstück in die Förderrichtung bewegt wird. Hierdurch ist eine sogenannte Fließmontage oder Fließfertigung darstellbar, mittels welcher eine Vielzahl von Kraftwagen zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann. Eine Automatisierung zumindest von Teilbereichen der Fließmontage ist mit herkömmlicher Technik nur durch Takturig eines Abschnitts des Montagebands mit vorangehenden und nachfolgenden Puffern möglich. Diese Puffer sind jedoch kosten- und platzintensiv. Ferner ist eine solche Automatisierung im Fließbetrieb bisher nur an einzelnen Applikationen unter dem Einsatz komplexer und kostenintensiver Technik darstellbar. Sollen nun jedoch flexible Montagekonzepte in bestehenden Montagelinien eingesetzt werden, so muss eine Lösung gefunden werden, die den Einsatz ohne lange Anlaufzeiten ermöglicht.
Die DE 10 2008 018 848 A1 offenbart ein Verfahren zum automatisierten Montieren mindestens eines Bauteils mittels eines Industrieroboters an ein Objekt, wobei das Objekt und/oder der Industrieroboter mittels einer Fördervorrichtung bewegt werden. Der Industrieroboter umfasst eine Basis, eine relativ zur Basis bewegbare Positioniereinrichtung und eine mit der Positioniereinrichtung verbundene Montagewerkzeugeinrichtung. Während der Bauteilmontage erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem Objekt und der Basis des Industrieroboters. Der Industrieroboter greift mittels der Montagewerkzeugeinrichtung das Bauteil automatisiert und positioniert, und montiert das Bauteil am Objekt. Die Montagewerkzeugeinrichtung ist so lange starr mit der Positioniereinrichtung und/oder mit der Basis verbunden, bis die Montagewerkzeugeinrichtung während der Bauteilmontage mittels einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zeitweise an das Objekt in wenigstens einer Montagerichtung starr gekoppelt ist. Anschließend, bis zum Abschluss der Bauteilbefestigung am Objekt, wird die Montagewerkzeugeinrichtung wenigstens teilweise relativ zur Positioniereinrichtung und/oder zur Basis mittels einer aktivierbaren schwimmenden Lagerung schwimmend gelagert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine einfache und somit kostengünstige Automatisierung von zumindest Teilbereichen in der Fließmontage realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine einfache und somit kostengünstige Automatisierung zumindest eines Teilbereichs einer Fließfertigung realisieren lässt, ist erfindungsgemäß ein erster Schritt vorgesehen, in welchem das sich in die Förderrichtung bewegende Werkstück mittels wenigstens einer Tiefenbildkamera erfasst wird. Ferner wird in dem ersten Schritt wenigstens ein Signal bereitgestellt, welches zumindest eine anhand des Erfassens ermittelte Position des Werkstücks charakterisiert. Mit anderen Worten werden mittels der Tiefenbildkamera Bilder des Werkstücks erfasst. Diese Bilder enthalten Tiefeninformationen, wobei anhand dieser Tiefeninformationen eine Position des Werkstücks insbesondere relativ zur Tiefenbildkamera ermittelt wird. Schließlich wird das diese Position charakterisierende Signal, beispielsweise von der Tiefenbildkamera bereitgestellt.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird ein an einer Bewegungseinrichtung befestigter Roboter relativ zum Werkstück bewegt, indem die Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird. Das bereitgestellte Signal, welches beispielsweise von der Tiefenbildkamera bereitgestellt wird, wird beispielsweise von der Bewegungseinrichtung empfangen, so dass die Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit von der Position des Werkstücks bewegt wird. Da der Roboter an der Bewegungseinrichtung befestigt ist, wird der Roboter mit der Bewegungseinrichtung mitbewegt. Mit anderen Worten wird der Roboter mittels der Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit von der mittels der Tiefenbildkamera erfassten Position des Werkstücks bewegt. In einem dritten Schritt des Verfahrens wird das Werkstück mittels des Roboters bearbeitet und/oder manipuliert.
So ist es beispielsweise möglich, den Roboter mittels der Bewegungseinrichtung von einer ersten Stelle an eine zweite Stelle relativ zum Werkstück und relativ zur Fördereinrichtung zu bewegen, wobei die zweite Stelle näher am Werkstück liegt als die erste Stelle. Befindet sich der Roboter beispielsweise an der zweiten Stelle, so befindet sich beispielsweise das Werkstück in einem Arbeitsbereich des Roboters, in dem der Roboter bewegt werden kann. Befindet sich der Roboter an der ersten Stelle, so befindet sich das Werkstück nicht im Arbeitsbereich des Roboters. Dies bedeutet, dass der Roboter durch Bewegen des Roboters an die zweite Stelle das Werkstück erreichen, das heißt beispielsweise berühren kann. Dies bedeutet ferner, dass die Bewegungseinrichtung dazu genutzt wird, den Roboter an das Werkstück heranzufahren. Dieses Heranfahren erfolgt dabei nicht etwa entlang einer fest vorgegebenen beziehungsweise programmierten Bewegung und Bewegungsbahn, sondern in Abhängigkeit von der aktuellen, erfassten Bewegung und Position des sich bewegenden Werkstücks. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Bewegungseinrichtung und somit den Roboter mit der Fördereinrichtung zu synchronisieren, so dass beispielsweise die Bewegungseinrichtung nach dem zweiten Schritt und zumindest zeitweise während des dritten Schritts synchron mit der Fördereinrichtung bewegt wird.
Durch das Bewegen des Roboters an das oder in Richtung des Werkstücks mittels der Bewegungseinrichtung ist es möglich, das im Fließbetrieb geförderte Werkstück mittels des Roboters zu bearbeiten und/oder zu handhaben. Durch das Erfassen des Werkstücks und das Bewegen des Roboters in Abhängigkeit von diesem Erfassen können zumindest Teilbereiche in einer Fließfertigung auf einfache und kostengünstige Weise automatisiert werden. Dabei können besonders kurze Anlaufzeiten realisiert werden, so dass das Verfahren insbesondere für flexible Montagekonzepte geeignet ist. Darüber hinaus ist eine kostengünstige Lösung ohne stationäre Aufbauten, das heißt ohne feste Installationen, darstellbar. Darüber hinaus können dem automatisierten Teilbereich vorangehende und/oder nachfolgende Puffer vermieden werden, so dass eine besonders platzsparende Automatisierung geschaffen werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Draufsicht auf eine Produktionsanlage zum Herstellen wenigstens eines Kraftwagens, wobei wenigstens ein Werkstück mittels einer Fördereinrichtung in eine Förderrichtung bewegt und mittels einer Tiefenbildkamera erfasst wird.
Die Fig. zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Produktionsanlage zum Herstellen von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen. Mittels der Produktionsanlage werden die Kraftwagen oder zumindest eine Komponente des jeweiligen Kraftwagens im Fließbetrieb, das heißt im Rahmen einer Fließfertigung, hergestellt.
Dabei wird wenigstens ein Werkstück 10 über einen Werkstückträger 12 mittels einer Fördereinrichtung in Form eines Förderbandes 14 in eine durch einen Richtungspfeil 16 veranschaulichte Förderrichtung bewegt. Das Werkstück 10 ist beispielsweise auf dem Werkstückträger 12 abgelegt und kann an diesem fixiert sein, so dass es nicht unbeabsichtigterweise von dem Werkstückträger 12 herunterrutschen kann.
Die Produktionsanlage umfasst auch eine Bewegungseinrichtung in Form eines Förderschlittens 18. An diesem Förderschlitten 18 ist ein Roboter 20 befestigt. Der Roboter 20 kann als Industrieroboter ausgebildet sein. Alternativ handelt es sich bei dem Roboter 20 um einen sogenannten Leichtbauroboter. Unter einem solchen Leichtbauroboter (LBR) ist ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, oder Regelung, insbesondere Kraftregelung, aufweist. Bei einem solchen Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um einen kraftsensitiven Leichtbauroboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung von Prozessen ermöglicht. Der Leichtbauroboter weist dabei integrierte Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren auf.
Der Roboter 20 umfasst eine Mehrzahl von Roboterarmen 22, welche gelenkig miteinander verbunden sind. Die Roboterarme 22 können somit um wenigstens eine Bewegungsachse und/oder entlang wenigstens einer Bewegungsachse relativ zueinander bewegt werden. Ferner umfasst der Roboter 20 eine in der Fig. nicht erkennbare Basis, welche an dem Förderschlitten 18 festgelegt ist. Der bezogen auf die Bildebene der Fig. untere der Roboterarme 22 ist gelenkig mit der Basis verbunden, so dass dieser untere Roboterarm 22 um wenigstens eine Bewegungsachse und/oder entlang wenigstens einer Bewegungsachse relativ zur Basis bewegbar ist. Der Roboter 20 umfasst auch einen Endeffektor in Form eines Werkzeugs, mittels welchem das Werkstück 10 – wie im Folgenden noch erläutert wird – gehandhabt und/oder manipuliert werden kann.
Mittels der integrierten Sensoren des Leichtbauroboters ist eine Kraft und/oder ein Drehmoment, die beziehungsweise das an der jeweiligen Bewegungsachse wirkt, zu erfassen. Mit anderen Worten können die integrierten Sensoren verwendet werden, um um die jeweilige Bewegungsachse und/oder entlang der jeweiligen Bewegungsachse wirkende Kräfte und/oder Drehmomente zu erfassen.
An dem Förderschlitten 18 ist auch eine Tiefenbildkamera 24 fixiert. Der an dem Förderschlitten 18 befestigte Roboter 20 und die an dem Förderschlitten 18 fixierte Tiefenbildkamera 24 können relativ zum Werkstück 10 und relativ zum Förderband 14 bewegt werden, indem der Förderschlitten 18 relativ zum Werkstück 10 und relativ zum Förderband 14 bewegt wird.
Um nun zumindest einen Teilbereich der Fließfertigung auf einfache und somit kostengünstige Weise automatisieren zu können, ist es vorgesehen, dass das sich in die Förderrichtung (Richtungspfeil 16) bewegende Werkstück 10 mittels der Tiefenbildkamera 24 erfasst wird. Mit anderen Worten wird wenigstens ein Bild des Werkstücks 10 mittels der Tiefenbildkamera 24 erfasst. Dieses Bild enthält Tiefeninformationen, anhand derer wenigstens eine Position des Werkstücks 10 im Raum und/oder relativ zur Tiefenbildkamera 24 ermittelt werden kann. Die Tiefenbildkamera 24 stellt wenigstens ein Signal bereit, das diese ermittelte Position des Werkstücks 10 charakterisiert. Dies bedeutet, dass die Position des Werkstücks 10 anhand des durch die Tiefenbildkamera 24 bewirkten Erfassens des Werkstücks 10 mittels der Tiefenbildkamera 24 ermittelt wird.
Das die Position des Werkstücks 10 charakterisierende Signal wird beispielsweise an eine Steuereinheit zum Regeln und/oder Steuern des Förderschlittens 18 übertragen und von der Steuereinheit empfangen. Mittels der Steuereinheit wird dann der Förderschlitten 18 relativ zum Förderband 14 und relativ zum Werkstück 10 in Abhängigkeit von dem Signal bewegt, womit eine Bewegung des Roboters 20 und der Tiefenbildkamera 24 einhergeht. Mit anderen Worten wird der an dem Förderschlitten 18 befestigte Roboter 20 relativ zum Werkstück 10 und relativ zum Förderband 14 bewegt, indem der Förderschlitten 18 in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird. Im Rahmen dieser Bewegung werden der Förderschlitten 18 und somit der Roboter 20 beispielsweise ausgehend von einer Ausgangsstelle an eine demgegenüber unterschiedliche zweite Stelle bewegt, wobei die zweite Stelle näher am Werkstück 10 ist als die erste Stelle. Dies bedeutet, dass der Roboter 20 mittels des Förderschlittens 18 an das Werkstück 10 herangefahren wird. Schließlich wird die Bewegung des Förderschlittens 18 in Abhängigkeit von dem Signal an die Bewegung des Förderbands 14 und somit an die Bewegung des Werkstücks 10 angepasst. Mit anderen Worten wird die Bewegung des Förderschlittens 18 mit der Bewegung des Werkstücks 10 in Abhängigkeit von dem Signal synchronisiert, so dass sich der Förderschlitten 18 mit dem Werkstück 10 mitbewegt. Dies bedeutet, dass eine Bewegung des Förderschlittens 18 relativ zum Förderband 14 zumindest zeitweise unterbleibt.
Befindet sich der Roboter 20 an der zweiten Stelle, so befindet sich das Werkstück 10 in einem Arbeitsbereich des Roboters 20, in dem der Roboter 20 umherbewegt werden kann. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Endeffektor in Berührung mit dem Werkstück 10 bewegt werden kann. In der Folge kann das Werkstück 10 mittels des Endeffektors bearbeitet und/oder gehandhabt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Werkstück 10 mittels des als Greifer ausgebildeten Endeffektors zu greifen und an dem Roboter 20 zu halten. Dadurch kann das Werkstück 10 mittels des Roboters 20 relativ zum Förderband 14 bewegt werden, wobei jedoch eine Bewegung des Förderschlittens 18 relativ zum Förderband 14 unterbleibt.
Der Förderschlitten 18, welcher in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird, stellt somit ein flexibles Montagekonzept dar, welches eine Automatisierung zumindest eines Teils der Fließfertigung ermöglicht, ohne dass dazu stationäre Aufbauten, das heißt feste Installationen erforderlich wären. Auf die geschilderte Weise ist es möglich, bereits bestehende Fließfertigungen zumindest teilweise zu automatisieren, da der Förderschlitten 18 mit der Tiefenbildkamera 24 und dem Roboter 20 flexibel einsetzbar ist und an unterschiedliche Randbedingungen auf einfache Weise angepasst werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008018848 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage, insbesondere zum Herstellen wenigstens eines Kraftwagens, bei welchem wenigstens ein Werkstück (10) mittels einer Fördereinrichtung (14) in eine Förderrichtung (16) bewegt wird, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Erfassen des sich in die Förderrichtung (16) bewegenden Werkstücks (10) mittels wenigstens einer Tiefenbildkamera (24) und Bereitstellen wenigstens eines Signals, welches zumindest eine anhand des Erfassens ermittelte Position des Werkstücks (10) charakterisiert; b) Bewegen eines an einer Bewegungseinrichtung (18) befestigten Roboters (20) relativ zum Werkstück (10), indem die Bewegungseinrichtung (18) in Abhängigkeit von dem Signal bewegt wird; und c) Bearbeiten und/oder Manipulieren des Werkstücks (10) mittels des Roboters (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (18) nach dem Schritt b) und zumindest zeitweise während des Schritts c) synchron mit der Fördereinrichtung (14) mitbewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (20) zumindest zeitweise während des Schritts c) relativ zur Fördereinrichtung (14) und zur Bewegungseinrichtung (18) bewegt wird.
Produktionsanlage, welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.