DE102013222455A1

DE102013222455A1 - Verfahren zum automatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen in Bauteile

Info

Publication number: DE102013222455A1
Application number: DE201310222455
Authority: DE
Inventors: Hugo Huber; Helmut Schoger; Robert Bader
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-07
Also published as: WO2015067624A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen (15, 15a, 15b) in Bauteile (12), aufweisend die Schritte:
– Bereitstellen eines Bauteils (12), das wenigstens eine Gewindebohrung (16) aufweist, an einem automatisierten Montageplatz einer Montagezelle,
– serielles Zuführen von Gewindeeinsätzen (15, 15a, 15b) an eine Einzelentnahmestelle (13),
– automatisches Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle (13) positionierten Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) durch ein an einem Flansch (8) eines automatisch angesteuerten Industrieroboters (1) befestigten Werkzeugs (11), und
– automatisiertes Eindrehen des vom Industrieroboter (1) gegriffenen Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) in die Gewindebohrung (16) des Bauteils (12) mittels des Werkzeugs (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen in Bauteile.
Aus der DE 197 40 167 A1 ist beispielsweise ein Gewindeeinsatz bekannt. Der dort beschriebene Drahtgewindeeinsatz zum Einbau in eine Gewindebohrung eines Werkstückes weist gegenüber den ganz allgemein bekannten Gewindeeinsätzen einen zylindrischen Körper mit mehreren schraubenförmig gewickelten Windungen auf, der mit mindestens einer Einführzone versehen ist, die ausgehend vom Außendurchmesser des zylindrischen Körpers radial nach innen gekrümmt ist und sich über einen Umfangswinkel von etwa 360° bis zu 720° erstreckt. Dies erleichtert den Einbau des Einsatzes in eine Gewindebohrung des Werkstückes, wobei bisher nötige Spezialwerkzeuge entfallen können, da der Drahtgewindeeinsatz unschwer in die Gewindebohrung eingeführt und mit einem einfachen Werkzeug eingeschraubt werden kann.
Die EP 2 599 590 A1 beschreibt ein beispielhaftes Werkzeug zum manuellen oder halbautomatischen Eindrehen eines Drahtgewindeeinsatzes in eine Gewindebohrung. Im Falle des halbautomatischen Werkzeugs weist das Werkzeug eine elektrische Zuleitung auf, über die elektrische Energie einem Motor zugeführt wird, welcher eine Spindel antreibt durch die ein Drahtgewindeeinsatz halbautomatisch aufgenommen und in die Gewindebohrung eines Werkstücks abgegeben werden kann. Das halbautomatische Werkzeug weist einen Griffabschnitt auf, über den das Werkzeug durch die Hand einer Montageperson geführt werden kann. Lediglich das Eindrehen des Drahtgewindeeinsatzes in die Gewindebohrung am Werkstück erfolgt automatisch, indem die Montageperson einen Hebel betätigt, welcher den Motor einschaltet, so dass der Drahtgewindeeinsatzes ohne manuelles Drehen des Werkzeugs in die Gewindebohrung eingeschraubt wird. Trotz dieses halbautomatischen Werkzeugs besteht weiterhin die Gefahr eines fehlerhaften Einbaus des Drahtgewindeeinsatzes in die Gewindebohrung, da beispielsweise die Montageperson dafür sorgen muss, dass das Werkzeug genau senkrecht an die Gewindebohrung angesetzt wird. Darüber hinaus muss der Drahtgewindeeinsatz manuell durch die Montageperson in das Werkzeug aufgenommen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges Verfahren zum automatisierten, insbesondere vollautomatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen in Bauteile zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum automatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen in Bauteile, aufweisend die Schritte:

– Bereitstellen eines Bauteils, das wenigstens eine Gewindebohrung aufweist, an einem automatisierten Montageplatz einer Montagezelle,
– serielles Zuführen von Gewindeeinsätzen an eine Einzelentnahmestelle,
– automatisches Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle positionierten Gewindeeinsatzes durch ein an einem Flansch eines automatisch angesteuerten Industrieroboters befestigten Werkzeugs, und
– automatisiertes Eindrehen des vom Industrieroboter gegriffenen Gewindeeinsatzes in die Gewindebohrung des Bauteils mittels des Werkzeugs.

Unter einem automatisierten Montieren wird insbesondere verstanden, dass sowohl ein Zuführen von Gewindeeinsätzen an eine Einzelentnahmestelle, ein Aufnehmen der Gewindeeinsätze an das Werkzeug und ein Eindrehen des jeweils aufgenommenen Gewindeeinsatzes ohne manuelles Zutun durch eine Person, allein durch einen oder mehrere Industrieroboter programmgesteuert, insbesondere wiederholt für mehrere Gewindebohrungen durchgeführt wird. Unter einem vollautomatisierten Montieren wird insbesondere verstanden, dass neben einem Zuführen von Gewindeeinsätzen an eine Einzelentnahmestelle, einem Aufnehmen der Gewindeeinsätze an das Werkzeug und einem Eindrehen des jeweils aufgenommenen Gewindeeinsatzes auch alle weiteren Nebentätigkeiten, wie beispielsweise ein Abtrennen von Mitnehmerzapfen, ein serielles Zuführen der Gewindeeinsätze, ein Abschneiden von Streifenabschnitten und ein Überprüfen eines positionsgenauen Sitzes eines Gewindeeinsatzes an dem Werkzeug ohne manuelles Zutun durch eine Person, also automatisch erfolgt.
Die Bauteile können beliebige Maschinenkomponenten sein, insbesondere Gehäuseteile. Die Gehäuseteile können beispielsweise Gussbauteile, wie Stahl- oder Aluminiumgussteile sein. Insbesondere können die Bauteile Gelenke oder Gelenksteile, insbesondere Gelenksgehäuse von zu fertigenden und zu montierenden Industrierobotern selbst sein.
Industrieroboter sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung und/ oder Bearbeitung von Objekten mit Werkzeugen ausgerüstet werden können und mittels ihrer Gelenke in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind.
Der Industrieroboter weist den Roboterarm und eine programmierbare Steuerung (Steuervorrichtung) auf, die während des Betriebs die Bewegungsabläufe des Industrieroboters steuert bzw. regelt, dadurch, dass ein oder mehrere automatisch oder manuell verstellbare Gelenke (Roboterachsen) durch insbesondere elektrische Antriebe bewegt werden, in dem die Steuerung die Antriebe steuert bzw. regelt.
Roboterarme können unter Anderem ein Gestell und ein relativ zum Gestell mittels eines ersten Gelenks drehbar gelagertes Karussell umfassen, an dem eine Schwinge mittels eines anderen Gelenks schwenkbar gelagert ist. An der Schwinge ist dabei ihrerseits ein Armausleger mittels eines weiteren Gelenks schwenkbar gelagert. Der Armausleger trägt eine Roboterhand, wobei insoweit der Armausleger und/oder die Roboterhand mehrere weitere Gelenke aufweisen können. Je nach konstruktiver Ausführung des Roboterarms können die möglichen Drehbewegungen eines oder mehrerer Gelenke bzw. Roboterachsen mittels mechanischen Festanschlägen oder steuerungstechnisch mittels Softwareschalter begrenzt werden.
Der mehrere über Gelenke verbundene Glieder aufweisende Roboterarm kann als ein Knickarmroboter mit mehreren seriell nacheinander angeordneten Gliedern und Gelenken konfiguriert sein, insbesondere kann der Roboterarm als ein Sechsachs-Knickarmroboter ausgebildet sein.
Der Armausleger kann wenigstens zwei Handglieder zum Bewegen eines Handflansches tragen, der zur Befestigung beispielsweise eines Roboterwerkzeugs ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform trägt der Armausleger drei Handglieder, von denen beispielsweise ein erstes Handglied durch den Vorderarm gebildet wird, der mittels eines Gelenks bezüglich des Grundarms um eine in Längserstreckung des Armauslegers verlaufende Vorderarm-Achse drehbar ist, ein zweites Handglied durch einen Handkörper gebildet wird, der mittels eines folgenden Gelenks bezüglich des Vorderarms, insbesondere einer Vorderarmgabel um eine senkrecht zur Vorderarm-Achse verlaufende Handachse schwenkbar gelagert ist und ein drittes Handglied durch den Handflansch gebildet wird, der um eine Handflansch-Achse drehbar gelagert ist.
Im Allgemeinen weist die Schwinge ein zweites Gelenk auf, das einem die Drehachse aufweisenden ersten Gelenk der Schwinge gegenüberliegt, wobei in diesem Fall vorgesehen sein kann, dass in einer Grundstellung des Industrieroboters, in welcher der Armausleger mit seiner Längserstreckung in einem rechten Winkel zur Längserstreckung der Schwinge ausgerichtet ist, der erste Handglied-Antrieb und der zweite Handglied-Antrieb mit ihren jeweiligen Motorwellen von der Drehachse weg, in Richtung des zweiten Gelenks zu versetzt am Armausleger angeflanscht sind.
Das Bereitstellen des Bauteils in der Montagezelle kann manuell durch eine Person oder automatisiert durch einen Industrieroboter oder eine separate automatische Zuführvorrichtung erfolgen. Die Montagezelle kann durch einen dem Fachmann an sich bekannten Schutzzaun gegen unbefugten Zutritt abgesichert sein. Alternativ, insbesondere im Falle von in sicherer Technik ausgebildeten Industrierobotern kann die Montagezelle auch teilweise oder vollständig für eine Person zugänglich sein, beispielsweise zum Bereitstellen des zu bearbeitenden Bauteils oder zum Entfernen des bearbeiteten, d.h. des mit Gewindeeinsätzen festig bestückten Bauteils.
Indem ein serielles Zuführen von Gewindeeinsätzen an eine Einzelentnahmestelle, ein Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle positionierten Gewindeeinsatzes durch ein an einem Flansch eines automatisch angesteuerten Industrieroboters befestigten Werkzeugs, und ein Eindrehen des vom Industrieroboter gegriffenen Gewindeeinsatzes in die Gewindebohrung des Bauteils mittels des Werkzeugs automatisiert erfolgt, können Gewindeeinsätze in besonders hoher Qualität, unter geringem Ausschuss und prozesssicher montiert werden.
Durch ein automatisiertes Eindrehen des vom Industrieroboter gegriffenen Gewindeeinsatzes in die Gewindebohrung des Bauteils mittels des vom Industrieroboter geführten Werkzeugs kann insbesondere eine senkrechte Orientierung des zu montierenden Gewindeeinsatzes über der Gewindebohrung besonders zuverlässig und genau eingehalten werden. Dies erhöht die Qualität einer zuverlässigen Befestigung des Gewindeeinsatzes in der Gewindebohrung, was wiederum zu einem verbesserten Sitz einer darin festgelegten Montageschraube führt.
Indem das Werkzeug zum Aufnehmen und Eindrehen der Gewindeeinsätze durch einen frei programmierbaren Industrieroboter bewegt wird, können beispielsweise an verschiedenen Oberflächen des Bauteils, insbesondere in unterschiedlichen Orientierungen, angeordnete Gewindebohrung in derselben Aufspannung mit Gewindeeinsätzen versehen werden. Dadurch entfällt ein aufwändiges umorientiertes Neuaufspannen des Bauteils. Die Montage kann insoweit unterbrechungsfrei bzw. schneller erfolgen. Außerdem können Gewindebohrungen, die beispielsweise in einer windschiefen oder schwer zugänglichen Position und/oder Orientierung am Bauteil vorhanden sind, durch Umorientieren der Pose des Industrieroboters, bzw. des vom Industrieroboter bewegten Werkzeugs, auf einfache und sichere Weise mit Gewindeeinsätzen versehen werden.
In einer erweiterten Ausführungsform der Erfindung kann als zusätzlicher Verfahrenschritt ein automatisches Abtrennen eines Mitnehmerzapfens des Gewindeeinsatzes nach dem Eindrehen des Gewindeeinsatzes in die Gewindebohrung des Bauteils durch den automatisch angesteuerten Industrieroboter oder eines weiteren Industrieroboters erfolgen.
Der Mitnehmerzapfen dient dazu, den Gewindeeinsatz mittels des Werkzeugs in die Gewindebohrung eindrehen zu können. Das Werkzeug erfasst dazu den Mitnehmerzapfen formschlüssig, wodurch eine Drehung des Werkzeugs auf den Gewindeeinsatz übertragen werden kann, so dass der Gewindeeinsatz in das Innengewinde der Gewindebohrung am Bauteil eingedreht werden kann. Nachdem der Gewindeeinsatz mittels des Werkzeugs positionsgenau in die Gewindebohrung eingedreht ist, wird der Mitnehmerzapfen nicht mehr benötigt und kann oder muss teilweise sogar entfernt werden.
Der dem Fachmann an sich bekannte Gewindeeinsatz kann beispielsweise gemäß DE 197 40 167 A1 ausgebildet sein. Der darin als Zapfen bezeichnete Mitnehmer ist über eine Sollbruchstelle, die beispielsweise eine Kerbe an dem Draht sein kann, mit einer Endwindung der Drahtwendel des Gewindeeinsatzes verbunden. Aufgrund einer solchen Kerbe kann der Mitnehmerzapfen nach dem Einbau von dem Gewindeeinsatz abgeschlagen und aus der Gewindebohrung entfernt werden.
Ein Abschlagen des Mitnehmerzapfens von dem Gewindeeinsatz und/oder ein Entfernen des Mitnehmerzapfens aus der Gewindebohrung kann mittels des einen oder eines weiteren Industrieroboters erfolgen. Ein Abschlagen des Mitnehmerzapfens von dem Gewindeeinsatz kann dadurch erfolgen, dass ein vom Industrieroboter geführter Stift in die Gewindebohrung bzw. in den Gewindeeinsatz hineinschlägt und den Mitnehmerzapfen dadurch von dem Gewindeeinsatz löst und auf den Boden der Gewindebohrung abwirft. Dazu kann ein fest mit einem Flansch des Industrieroboters verbundener Schlagstift durch Bewegen der Gelenke des Industrieroboters bewegt werden. Alternativ kann der Schlagstift beweglich und aktivierbar an einem Werkzeug gelagert sein, das von dem Industrieroboter gehalten wird.
In einer variierten Ausführung kann der Mitnehmerzapfen durch ein geeignetes Greifwerkzeug unmittelbar gegriffen werden und durch eine Zugbewegung durch den Industrieroboter aus der Gewindebohrung herausgezogen werden, wobei der Mitnehmerzapfen aufgrund der Zugbewegung von dem Gewindeeinsatz abgerissen wird. Alternativ kann ein auf den Boden der Gewindebohrung nach innen abgeschlagener, vom Gewindeeinsatz getrennter Mitnehmerzapfen durch automatisiertes Wenden des Bauteils entfernt werden, indem der Mitnehmerzapfen aus einer nach unten weisenden Öffnung der Gewindebohrung mittels Schwerkraft herausfallen kann. Wiederum alternativ kann ein auf den Boden der Gewindebohrung nach innen abgeschlagener, vom Gewindeeinsatz getrennter Mitnehmerzapfen durch Ausblasen mittels eines vom Industrieroboter geführten Druckluftwerkzeugs, welches im einfachsten Falle eine Druckluftdüse sein kann, aus der Gewindebohrung entfernt werden.
Das serielle Zuführen von Gewindeeinsätzen kann dadurch erfolgen, dass ein Band, auf welchem die Gewindeeinsätze voneinander beabstandet hintereinander in Magazinpositionen angeordnet gehalten sind, sukzessive in einer Positioniervorrichtung, welche die Einzelentnahmestelle aufweist, zugeführt wird, wobei an der Einzelentnahmestelle ein einzelner zu entnehmender Gewindeeinsatz positionsgenau vorgehalten wird
Der Positioniersitz weist eine feste Position und Orientierung im Raum bzw. in der Montagezelle auf, so dass ein vom Industrieroboter geführtes Werkzeug den vorgehaltenen Gewindeeinsatz auf Grundlage einer vorprogrammierten Pose für die Gelenke und Glieder des Industrieroboters einer im Roboterprogramm festgelegten Position und Orientierung des Werkzeugs, aufnehmen kann.
Der Positioniersitz stellt insoweit insbesondere eine koaxiale Ausrichtung des zu entnehmenden Gewindeeinsatzes zu dem entnehmenden Werkzeug sicher. Das Band kann aus einem biegsamen, insbesondere aufrollbaren Streifen, insbesondere Kunststoff- und/oder Pappstreifen hergestellt sein, auf dem mehrere Gewindeeinsätze in festen, gleichen Abständen voneinander gehalten sind. Nachdem ein erster, im Positioniersitz vorgehaltener Gewindeeinsatz durch den Industrieroboter entnommen ist, wird das Band um eine Abstandbreite weitergefördert, so dass der dem ersten Gewindeeinsatz auf dem Band folgenden, zweite Gewindeeinsatz nun an den Positioniersitz gelangt und als nächstes durch den Industrieroboter automatisch entnommen werden kann.
Im Rahmen des seriellen Zuführens von Gewindeeinsätzen kann der an der Einzelentnahmestelle vorgehaltene Gewindeeinsatz an einer am Positioniersitz ausgebildeten Einzelentnahmestelle vor dem automatischen Aufnehmen zentriert werden.
Dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest im Bereich des Positioniersitzes nicht das Band selbst positionssicher geführt ist, sondern einen gewissen Bewegungsfreiraum besitzt, so dass der Gewindeeinsatz und insoweit auch der betreffende Bandabschnitt sich an einer Zentriervorrichtung selbsttätig zentrieren kann. Dazu kann beispielsweise wenigstens einer, oder mehrere, insbesondere vier federvorgespannte Zentrierbolzen vorgesehen sein, welche radial gegen eine äußere Mantelwand des Gewindeeinsatzes drücken, um diesen in axialer Richtung, insbesondere vertikal orientiert, auszurichten und in seiner axialen Position an der Einzelentnahmestelle des Positioniersitzes auf Mitte zu zentrieren.
Dabei können in einer konkreten Ausführungsvariante die vier Zentrierbolzen jeweils einen im vertikalen Schnitt kreisbogenförmigen Kopf aufweisen, der jeweils an der äußeren Mantelwand des Gewindeeinsatzes zur Anlage kommt. Ein ebenwandiger Abschnitt jeden Zentrierbolzens kann in einem Haltergehäuse linearverschieblich gelagert und durch eine Feder, insbesondere eine separate Federwendel gegen den Gewindeeinsatz vorgespannt sein.
Für ein serielles Zuführen ohne separaten Antrieb kann das Band zum sukzessiven Zuführen eines Gewindeeinsatzes nach dem anderen durch eine automatisierte Bewegung des Industrieroboters schrittweise um jeweils eine Magazinposition weiterbewegt werden. Insoweit wird erfindungsgemäß ein separater Antrieb dadurch ersetzt, dass der zum Aufnehmen und Eindrehen der Gewindeeinsätze bereits vorhandene Industrieroboter auch dazu genutzt wird, um das die Gewindeeinsätze aufweisende Band schrittweise weiterzufördern. Der Industrieroboter kann dazu eine Greifvorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, das Band durch ein Verstellen der Gelenke des Industrieroboters zu bewegen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Industrieroboter als Greifvorrichtung einen bloßen Stift aufweist, der in einen der Gewindeeinsätze formschlüssig eingreift, um diesen Gewindeeinsatz um eine Schrittlänge voranzubewegen, wodurch das gesamte Band bewegt und sämtliche auf dem Band vorkonfektionierten Gewindeeinsätze weiterbewegt werden.
Das Band kann insbesondere auch durch dasjenige Werkzeug bewegt werden, das auch den an der Einzelentnahmestelle aufzunehmenden Gewindeeinsatz aufnimmt. Dabei kann dieses Werkzeug den an der Einzelentnahmestelle befindlichen Gewindeeinsatz greifen und das Band durch Bewegen dieses Gewindeeinsatzes um eine Schrittlänge weiterfördern, wobei der gegriffene Gewindeeinsatz erst nach vollständig vollzogenem Förderschritt des Bandes von dem Band entfernt wird, um es in die vorgesehene Gewindebohrung am Bauteil einzudrehen.
An einer der Einzelentnahmestelle vorgelagerten Magazinposition des Bandes kann generell das Vorhandensein eines Gewindeeinsatzes mittels eines Sensors automatisch überprüft werden. Im Falle des Fehlens des Gewindeeinsatzes kann durch den Sensor eine leere Magazinposition erkannt werden. Der Industrieroboter kann anschließend das Band um zwei Schritte weiterbewegen, wenn nach einem ersten Schritt eine leere Magazinposition an der Einzelentnahmestelle zu liegen kommt.
Der Sensor ist mit der Robotersteuerung verbunden. Der Sensor kann beispielsweise an einer Magazinposition das Vorhandensein eines Gewindeeinsatzes prüfen, die sich wenigstens eine Position, insbesondere zwei, drei, vier oder fünf Positionen vor der Einzelentnahmestelle befindet. Insoweit kann in der Robotersteuerung ein Speicher vorgesehen sein, welcher Informationen darüber enthält, an welcher der zwei, drei, vier oder fünf der Einzelentnahmestelle vorgelagerten Positionen ein Gewindeeinsatz fehlt und die Robotersteuerung kann eingerichtet sein, das Band um zwei Schritte weiterzubewegen, wenn nach dem ersten Schritt die Position, an welcher der Gewindeeinsatz fehlt, an den Positioniersitz gelangen würde. Ein solches zweifaches Weiterbewegen kann durch automatisiertes Bewegen des Industrieroboters erfolgen, wenn ein der Fehlstelle vorausgehender Gewindeeinsatz durch das Werkzeug des Industrieroboters gegriffen, aber noch nicht von dem Band entnommen ist.
In allen entsprechenden Ausführungen kann das Band aus einem biegsamen, insbesondere aufrollbaren Streifen, insbesondere Kunststoff- und/oder Pappstreifen hergestellt sein und dabei kann eine Schneidvorrichtung vorgesehen sein, welche zum Abschneiden von Streifenabschnitten, von denen die Gewindeeinsätze entnommen sind, ausgebildet ist. Nachdem mehrere Gewindeeinsätze durch den Industrieroboter sukzessiver entnommen wurden, verbleibt ein leerer Streifenabschnitt des Bandes, welcher jenseits der Zuführung an einer gegenüberliegenden Seite des Positioniersitzes weggefördert wird. Um eine Entsorgung dieser leeren Streifenabschnitte zu vereinfachen, ist in dieser Ausführungsvariante erfindungsgemäße vorgesehen, dass Streifenabschnitte einer vorbestimmten Länge abgeschnitten werden. Diese abgeschnittenen, leeren Streifenabschnitte können dann beispielsweise in einem Behälter zur Entsorgung angesammelt werden. Unmittelbar nach einem Abschneiden eines Streifenabschnitts kann dieser beispielsweise durch Schwerkraft in den Behälter hineinfallen.
Die Schneidvorrichtung kann ein Messer oder eine Scherleiste aufweisen, welche zum Durchschneiden des Bandes beweglich gelagert sein kann.
Die Schneidvorrichtung kann insbesondere durch den Industrieroboter betätigt werden. Insoweit kann ein Messer oder eine Scherleiste der Schneidvorrichtung beweglich gelagert sein und durch eine Betätigungsvorrichtung bewegt werden. Die Betätigungsvorrichtung kann einen Hebel oder einen Schieber aufweisen, welcher mit dem Messer oder der Scherleiste gekoppelt ist. Die Betätigungsvorrichtung kann einen Betätigungsabschnitt aufweisen, welcher durch den Industrieroboter automatisiert betätigt werden kann. Hat der Industrieroboter eine vorbestimmt Anzahl an Gewindeeinsätzen an das Bauteil montiert, kann das Montageverfahren vorübergehen dadurch unterbrochen werden, dass der Industrieroboter die Schneidvorrichtung betätigt und anschließend einen neuen Montagezyklus beginnt.
In allen Ausführungsvarianten kann nach dem Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle positionierten Gewindeeinsatzes durch das Werkzeug des Industrieroboters, der positionsgenaue Sitz des Gewindeeinsatzes an dem Werkzeug, an einer Messstelle überprüft werden, wobei nur im Falle eines positionsgenauen Sitzes des Gewindeeinsatzes anschließend ein automatisiertes Eindrehen durchgeführt wird.
Die Messstelle kann wenigstens einen, insbesondere zwei Sensoren aufweisen. Im Falle von zwei Sensoren können diese beiden Sensoren in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sein. Die Sensoren können als berührend oder berührungslos messende Abstandssensoren ausgebildet sein. Hat der Industrieroboter einen Gewindeeinsatz an dem Werkzeug aufgenommen, so fährt er an eine vorbestimmte Messposition. Die Messposition ist gekennzeichnet durch einen im Raum festen Ort und eine vorbestimmt Orientierung des Werkzeugmittelpunkts (TCP) des Industrieroboters. Ist der Gewindeeinsatz ordnungsgemäß durch das Werkzeug aufgenommen, so wird auch der Gewindeeinsatz eine fest definierte Position und Orientierung bezüglich des Werkzeugmittelpunkts (TCP) einnehmen. Um diesen Ort sind die beiden Sensoren an einem Halter in vorbestimmten, bekannten Lagen und Positionen angeordnet. Ist der Gewindeeinsatz ordnungsgemäß durch das Werkzeug aufgenommen, so liefern die Sensoren einen vorbekannten Abstandswert bzw. befinden sich gerade in Kontakt zum Gewindeeinsatz, wenn der Industrieroboter in die Messposition gefahren ist. Messend die Sensoren von den vorbekannten Abstandswerten abweichende Abstandswerte, so ist von einer fehlerhaften Aufnahme des Gewindeeinsatzes am Werkzeug auszugehen. In diesem Fall kann der Industrieroboter angehalten und eine Störung bzw. Fehlermeldung abgegeben bzw. angezeigt werden. Alternativ kann versucht werden, den fehlerhaft aufgenommenen Gewindeeinsatz vom Werkzeug zu entfernen und ein neuer Gewindeeinsatz aufgenommen werden.
In allen Ausführungsvarianten kann das automatische Abtrennen des Mitnehmerzapfens des Gewindeeinsatzes dadurch erfolgen, dass der automatisch angesteuerte Industrieroboter mittels des Werkzeugs oder eines weiteren Werkzeugs den Mitnehmerzapfen durch eine Stoßbewegung abschlägt.
Ein Abschlagen des Mitnehmerzapfens von dem Gewindeeinsatz kann mittels des einen oder eines weiteren Industrieroboters erfolgen. Ein Abschlagen des Mitnehmerzapfens von dem Gewindeeinsatz kann dadurch erfolgen, dass eine vom Industrieroboter geführter Stift in die Gewindebohrung bzw. in den Gewindeeinsatz hineinschlägt und den Mitnehmerzapfen dadurch von dem Gewindeeinsatz löst und auf den Boden der Gewindebohrung abwirft. Dazu kann ein fest mit einem Flansch des Industrieroboters verbundener Schlagstift durch Bewegen der Gelenke des Industrieroboters bewegt werden. Alternativ kann der Schlagstift beweglich und aktivierbar an einem Werkzeug gelagert sein, das von dem Industrieroboter gehalten wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens mit einem automatischen Abtrennen des Mitnehmerzapfens kann die Gewindebohrung als eine Sackbohrung in dem Bauteil ausgebildet sein und die Stoßbewegung durch den automatisch angesteuerte Industrieroboter derart gesteuert erfolgt, dass das Werkzeug zum Abschlagen des Mitnehmerzapfens die Stoßbewegung in einem Abstand von der Bodenfläche der Sackbohrung stoppt, der größer ist, als die Dicke des Mitnehmerzapfens.
Indem das Werkzeug zum Abschlagen des Mitnehmerzapfens die Stoßbewegung in einem Abstand von der Bodenfläche der Sackbohrung stoppt, der größer ist, als die Dicke des Mitnehmerzapfens, wird verhindert, dass der abgeschlagene Mitnehmerzapfen in die Bodenfläche der Sackbohrung eingeschlagen wird, dadurch das Bauteil beschädigen könnte und/oder der abgeschlagene Mitnehmerzapfen in der Bodenfläche in unerwünschter Weise festgehalten werden könnte, so dass ein Ausblasen und/oder ausfallen lassen des Mitnehmerzapfens verhindert oder zumindest erschwert wäre.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines automatisierten Montageplatzes einer Montagezelle mit einem Industrieroboter, einem Bauteil, einer Einzelentnahmestelle und einer Messstelle,
2 eine schematische Darstellung der Einzelentnahmestelle gemäß 1 in Alleinstellung,
3 eine schematische Darstellung der automatisierten Bewegung des Industrieroboters zu sukzessiven Zuführen von Gewindeeinsätzen an der Einzelentnahmestelle gemäß 2,
4 eine Draufsicht auf die Messstelle gemäß 1 mit einem zu überprüfenden Gewindeeinsatz, und
5 eine perspektivische Darstellung des automatisierten Abtrennens eines Mitnehmerzapfens von dem Gewindeeinsatz in einer Gewindebohrung des Bauteils gemäß 1.
Die 1 zeigt in einer Montagezelle einen beispielhaften Industrieroboter 1, der einen Roboterarm 2 aufweist. Der Roboterarm 2 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete und mittels Gelenke L1 bis L6 verbundene Glieder G1 bis G7. Bei den Gliedern handelt es sich insbesondere um ein Gestell 3 und ein relativ zum Gestell 3 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagertes Karussell 4. Weitere Glieder des Roboterarms 2 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Schwinge 5, ein Armausleger 6 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 7 mit einer als Flansch 8 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs 11. Die Schwinge 5 ist am unteren Ende, d.h. an dem Gelenk L2 der Schwinge 5, das auch als Schwingenlagerkopf bezeichnet werden kann, auf dem Karussell 4 um eine vorzugsweise horizontale Drehachse A2 schwenkbar gelagert. Am oberen Ende der Schwinge 5 ist an dem ersten Gelenk L3 der Schwinge 5 wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Armausleger 6 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 7 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4, A5, A6. Die Gelenke L1 bis L6 sind durch jeweils einen elektromotorischen Antrieb M1 bis M6 über eine Robotersteuerung 10 programmgesteuert antreibbar.
In der Montagezelle ist des Weiteren ein Bauteil 12 bereitgestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 12 ein Gelenksgehäuse eines zu fertigenden und zu montierenden Industrieroboters selbst. Außerdem umfasst die Montagezelle eine Einzelentnahmestelle 13, sowie eine Messstelle 14. Die Einzelentnahmestelle 13 ist in 2 in Alleinstellung gezeigt und dazu detaillierter beschrieben. Die Messstelle 14 ist in 4 in Alleinstellung gezeigt und dazu detaillierter beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum automatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen 15 in das Bauteil 12 wird zunächst das Bauteil 12 bereitgestellt. Am Flansch 8 des Industrieroboters 1 ist das Werkzeug 11 angeflanscht. Das Werkzeug 11 ist zum Aufnehmen eines einzelnen Gewindeeinsatzes 15 und zum Einschrauben des aufgenommenen Gewindeeinsatzes 15 in eine der Gewindebohrungen 16 des Bauteils 12 ausgebildet. An der Einzelentnahmestelle 13 werden eine Vielzahl von Gewindeeinsätzen 15 seriell nacheinander zugeführt. Befindet sich ein Gewindeeinsatz 15 an einem Positioniersitz 17 der Einzelentnahmestelle 13 fährt der Industrieroboter 1 mit dem Werkzeug 11 an diesen Gewindeeinsatz 15 heran und nimmt diesen vollautomatisch auf. Anschließend bewegt der Industrieroboter 1 den aufgenommenen Gewindeeinsatz 15 an die Messstelle 14 heran. An der Messstelle 14 wird ein korrekter Sitz des Gewindeeinsatzes 15 an dem Werkzeug 11 überprüft. Sitzt der Gewindeeinsatz 15 ordnungsgemäß an dem Werkzeug 11 transportiert der Industrieroboter 1 den vom Werkzeug 11 getragenen Gewindeeinsatz 15 an eine der Gewindebohrungen 16 des Bauteils 12 heran und schraubt den Gewindeeinsatz 15 in die Gewindebohrungen 16 des Bauteils 12 hinein. Dafür ist das Werkzeug 11 ausgebildet, den aufgenommenen Gewindeeinsatz 15 in die Gewindebohrungen 16 des Bauteils 12 vollautomatisch einzuschrauben. Dieser Vorgang wird für alle Gewindebohrungen 16 des Bauteils 12 durchgeführt.
Als zusätzlicher Verfahrenschritt erfolgt ein automatisches Abtrennen eines Mitnehmerzapfens 17 des Gewindeeinsatzes 15 nach dem Eindrehen des Gewindeeinsatzes 15 in die Gewindebohrung 16 des Bauteils 12 durch den automatisch angesteuerten Industrieroboter 1, wie dies auch in 5 illustriert ist.
Der Mitnehmerzapfen 17 dient dazu, den Gewindeeinsatz 15 mittels des Werkzeugs 11 in die Gewindebohrung 16 eindrehen zu können. Das Werkzeug 11 erfasst dazu den Mitnehmerzapfen 17 formschlüssig, wodurch eine Drehung des Werkzeugs 11 auf den Gewindeeinsatz 15 übertragen werden kann, so dass der Gewindeeinsatz 15 in das Innengewinde einer der Gewindebohrungen 16 am Bauteil 12 eingedreht werden kann. Nachdem der Gewindeeinsatz 15 mittels des Werkzeugs 11 positionsgenau in die Gewindebohrung 16 eingedreht ist, wird der Mitnehmerzapfen 17 nicht mehr benötigt und deshalb entfernt.
Das serielle Zuführen von einer Vielzahl von Gewindeeinsätzen 15 kann, wie in 2 näher gezeigt, dadurch erfolgen, dass ein Band 18, auf welchem die Gewindeeinsätze 15 voneinander beabstandet hintereinander in Magazinpositionen angeordnet gehalten sind, sukzessive einem Positioniersitz 19 zugeführt werden, an dem ein einzelner zu entnehmender Gewindeeinsatz 15a positionsgenau vorgehalten ist. Der Positioniersitz 19 stellt insoweit insbesondere eine koaxiale Ausrichtung des zu entnehmenden Gewindeeinsatzes 15a zu dem entnehmenden Werkzeug 11 sicher. Das Band 18 kann aus einem biegsamen, insbesondere aufrollbaren Streifen, insbesondere Kunststoff- und/oder Pappstreifen hergestellt sein, auf dem mehrere Gewindeeinsätze 15 in festen, gleichen Abständen voneinander, wie beispielsweise in 2 dargestellt, gehalten sind. Nachdem ein erster, im Positioniersitz 19 vorgehaltener Gewindeeinsatz 15a durch den Industrieroboter 1 entnommen ist, wird das Band 18 um eine Abstandbreite A weitergefördert, so dass der dem ersten Gewindeeinsatz 15a auf dem Band 18 folgenden, zweite Gewindeeinsatz 15b nun an den Positioniersitz 19 gelangt und als nächstes durch den Industrieroboter 1 automatisch entnommen werden kann.
An dem Positioniersitz 19 wird der vorgehaltene Gewindeeinsatz 15a an einer am Positioniersitz 19 ausgebildeten Einzelentnahmestelle 13 vor einem automatischen Aufnehmen durch das Werkzeug 11 des Industrieroboters 1 zentriert.
Dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest im Bereich des Positioniersitzes 19 nicht das Band 18 selbst positionssicher geführt ist, sondern einen gewissen Bewegungsfreiraum B besitzt, so dass der Gewindeeinsatz 15a und insoweit auch der betreffende Bandabschnitt sich an einer Zentriervorrichtung 20 selbsttätig zentrieren kann. Dazu können, beispielsweise wie in 2 dargestellt, vier durch Federn 22 vorgespannte Zentrierbolzen 21a, 21b, 21c, 21d vorgesehen sein, welche radial gegen eine äußere Mantelwand des Gewindeeinsatzes 15a drücken, um diesen in axialer Richtung, insbesondere vertikal orientiert, auszurichten und in seiner axialen Position an der Einzelentnahmestelle 13 des Positioniersitzes 19 auf Mitte zu zentrieren.
Dabei können wie in 2 dargestellt die vier Zentrierbolzen 21a, 21b, 21c, 21d jeweils einen im vertikalen Schnitt kreisbogenförmigen Kopf aufweisen, der jeweils an der äußeren Mantelwand des Gewindeeinsatzes 15a zur Anlage kommt. Ein ebenwandiger Abschnitt jeden Zentrierbolzens kann in einem Haltergehäuse 23 linearverschieblich gelagert und durch jeweils eine Feder 22 gegen den Gewindeeinsatz 15a vorgespannt sein.
In der 3 ist schematisch dargestellt, wie das Band 18 zum sukzessiven Zuführen eines Gewindeeinsatzes 15 nach dem anderen an die Einzelentnahmestelle 13 des Positioniersitzes 19 durch eine automatisierte Bewegung des Industrieroboters 1 schrittweise um jeweils eine Magazinposition weiterbewegt werden kann.
Insoweit wird erfindungsgemäß ein separater Antrieb dadurch ersetzt, dass der zum Aufnehmen und Eindrehen der Gewindeeinsätze 15 bereits vorhandene Industrieroboter 1 auch dazu genutzt wird, um das die Gewindeeinsätze 15 aufweisende Band 18 schrittweise weiterzufördern. Der Industrieroboter 1 weist dazu eine Greifvorrichtung 24 auf, die ausgebildet ist, das Band 18 durch ein Verstellen der Gelenke L1 bis L6 des Industrieroboters 1 zu bewegen.
An einer der Einzelentnahmestelle 13 vorgelagerten Magazinposition des Bandes 18 wird das Vorhandensein eines Gewindeeinsatzes 15 mittels eines Sensors 25 automatisch überprüft. Der Sensor 25 ist steuerungstechnisch an die Robotersteuerung 10 angeschlossen. Im Falle des Fehlens des Gewindeeinsatzes 15 wird durch den Sensor 25 eine leere Magazinposition erkannt und der Industrieroboter 1 bewegt das Band 18 um zwei Schritte weiter.
Der Einzelentnahmestelle 13 ist im Ausführungsbeispiel eine Schneidvorrichtung 26 zugeordnet, welche zum Abschneiden von Streifenabschnitten 18a, von denen die Gewindeeinsätze 15 entnommen sind, ausgebildet ist. Die Schneidvorrichtung 26 wird durch den Industrieroboter 1 betätigt.
Nach dem Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle 13 positionierten Gewindeeinsatzes 15a durch das Werkzeug 11 des Industrieroboters 1, wird der positionsgenaue Sitz des Gewindeeinsatzes 15a an dem Werkzeug 11, an einer Messstelle 14 überprüft, und nur im Falle eines positionsgenauen Sitzes des Gewindeeinsatzes 15a anschließend das automatisierte Eindrehen durchgeführt.
Die Messstelle 14 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Sensoren 26a, 26b auf. Die beiden Sensoren 26a, 26b sind in einem rechten Winkel zueinander an einem Halter 27 angeordnet. Die Sensoren 26a, 26b können als berührend oder berührungslos messende Abstandssensoren ausgebildet sein. Hat der Industrieroboter 1 einen Gewindeeinsatz 15 an dem Werkzeug 11 aufgenommen, so fährt er an eine vorbestimmte Messposition M. Die Messposition M ist gekennzeichnet durch einen im Raum festen Ort und eine vorbestimmt Orientierung des Werkzeugmittelpunkts (TCP) des Industrieroboters 1. Ist der Gewindeeinsatz 15 ordnungsgemäß durch das Werkzeug 11 aufgenommen, so wird auch der Gewindeeinsatz 15 eine fest definierte Position und Orientierung bezüglich des Werkzeugmittelpunkts (TCP) einnehmen. Um diesen Ort sind die beiden Sensoren 26a, 26b an dem Halter 27 in vorbestimmten, bekannten Lagen und Positionen angeordnet. Ist der Gewindeeinsatz 15 ordnungsgemäß durch das Werkzeug 11 aufgenommen, so liefern die Sensoren 26a, 26b einen vorbekannten Abstandswert bzw. befinden sie sich gerade in Kontakt zum Gewindeeinsatz 15, wenn der Industrieroboter 1 in die Messposition M gefahren ist. Messen die Sensoren 26a, 26b von den vorbekannten Abstandswerten abweichende Abstandswerte, so ist von einer fehlerhaften Aufnahme des Gewindeeinsatzes 15 am Werkzeug 11 auszugehen. In diesem Fall kann der Industrieroboter 1 angehalten und eine Störung bzw. Fehlermeldung abgegeben bzw. angezeigt werden. Die Sensoren 26a, 26b sind über Signalleitungen 28a, 28b mit der Robotersteuerung 10 (1) steuerungstechnisch verbunden.
Wie in 5 schematisch gezeigt, erfolgt das automatische Abtrennen des Mitnehmerzapfens 17 des Gewindeeinsatzes 15 dadurch, dass der automatisch angesteuerte Industrieroboter 1 mittels des Werkzeugs 11 oder eines anderen Werkzeugs den Mitnehmerzapfen 17 durch eine Stoßbewegung in Pfeilrichtung abschlägt. Die Gewindebohrung 16 ist dabei als eine Sackbohrung in dem Bauteil 12 ausgebildet. Die Stoßbewegung erfolgt durch den automatisch angesteuerte Industrieroboter 1 derart gesteuert, dass das Werkzeug 11 zum Abschlagen des Mitnehmerzapfens 17 die Stoßbewegung in einem Abstand von der Bodenfläche 29 der Sackbohrung stoppt, der größer ist, als die Dicke des Mitnehmerzapfens 17.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19740167 A1 [0002, 0020]
EP 2599590 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum automatisierten Montieren von Gewindeeinsätzen (15, 15a, 15b) in Bauteile (12), aufweisend die Schritte: – Bereitstellen eines Bauteils (12), das wenigstens eine Gewindebohrung (16) aufweist, an einem automatisierten Montageplatz einer Montagezelle, – serielles Zuführen von Gewindeeinsätzen (15, 15a, 15b) an eine Einzelentnahmestelle (13), – automatisches Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle (13) positionierten Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) durch ein an einem Flansch (8) eines automatisch angesteuerten Industrieroboters (1) befestigten Werkzeugs (11), und – automatisiertes Eindrehen des vom Industrieroboter (1) gegriffenen Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) in die Gewindebohrung (16) des Bauteils (12) mittels des Werkzeugs (11).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als zusätzlicher Verfahrenschritt ein automatisches Abtrennen eines Mitnehmerzapfens (17) des Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) nach dem Eindrehen des Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) in die Gewindebohrung (16) des Bauteils (12) durch den automatisch angesteuerten Industrieroboter (1) oder eines weiteren Industrieroboters erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das serielle Zuführen von Gewindeeinsätzen (15, 15a, 15b) dadurch erfolgt, dass ein Band (18), auf welchem die Gewindeeinsätze (15, 15a, 15b) voneinander beabstandet hintereinander in Magazinpositionen angeordnet gehalten sind, sukzessive in einer Positioniervorrichtung (13), welche die Einzelentnahmestelle (13) aufweist, zugeführt wird, wobei an der Einzelentnahmestelle (13) ein einzelner zu entnehmender Gewindeeinsatz (15, 15a, 15b) positionsgenau vorgehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der an der Einzelentnahmestelle (13) vorgehaltene Gewindeeinsatz (15, 15a, 15b) vor dem automatischen Aufnehmen an der Einzelentnahmestelle (13) zentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Band (18) zum sukzessiven Zuführen eines Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) nach dem anderen durch eine automatisierte Bewegung des Industrieroboters (1) schrittweise um jeweils eine Magazinposition weiterbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem an einer der Einzelentnahmestelle (13) vorgelagerten Magazinposition des Bandes (18) das Vorhandensein eines Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) mittels eines Sensors (25) automatisch überprüft wird und im Falle des Fehlens des Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) durch den Sensor (25) eine leere Magazinposition erkannt wird und der Industrieroboter (1) das Band (18) um zwei Schritte weiterbewegt, wenn nach einem ersten Schritt eine leere Magazinposition an der Einzelentnahmestelle (13) zu liegen kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das Band (18) aus einem biegsamen, insbesondere aufrollbaren Streifen, insbesondere Kunststoff- und/oder Pappstreifen hergestellt ist und eine Schneidvorrichtung (26) vorgesehen ist, welche zum Abschneiden von Streifenabschnitten (18a), von denen die Gewindeeinsätze (15, 15a, 15b) entnommen sind, ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Schneidvorrichtung (26) durch den Industrieroboter (1) betätigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem nach dem Aufnehmen des an der Einzelentnahmestelle (13) positionierten Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) durch das Werkzeug (11) des Industrieroboters (1), der positionsgenaue Sitz des Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) an dem Werkzeug (11), an einer Messstelle (14) überprüft wird, und nur im Falle eines positionsgenauen Sitzes des Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) anschließend ein automatisiertes Eindrehen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das automatische Abtrennen des Mitnehmerzapfens (17) des Gewindeeinsatzes (15, 15a, 15b) dadurch erfolgt, dass der automatisch angesteuerte Industrieroboter (1) mittels des Werkzeugs (11) oder eines weiteren Werkzeugs den Mitnehmerzapfen (17) durch eine Stoßbewegung abschlägt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Gewindebohrung (16) als eine Sackbohrung in dem Bauteil (12) ausgebildet ist und die Stoßbewegung durch den automatisch angesteuerte Industrieroboter (1) derart gesteuert erfolgt, dass das Werkzeug (11) zum Abschlagen des Mitnehmerzapfens (17) die Stoßbewegung in einem Abstand von einer Bodenfläche (29) der Sackbohrung stoppt, der größer ist, als die Dicke des Mitnehmerzapfens (17).